摘要：煤矿开采作业过程中，经过一段时间的开采后，煤层中大部分煤炭资源会被采出，从而形成自燃煤层采空区，针对自燃煤层采空区的安全防护，必须做好防灭火工作，加强防火与灭火管理，避免采空区出现火灾安全事故，否则会产生严重的安全事故。因此，本文将对煤矿自燃煤层采空区防灭火工作方面进行深入地研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步提高煤矿防火灭火工作质量。

关键词：煤矿生产;自燃煤层;采空区;防火灭火;优化措施

引言

在煤矿生产规模不断扩大的背景下，许多煤矿当前都存在着较多的自燃煤层采空区，为了提高自燃煤层采空区作业安全性，必须做好防火灭火工作。在高效安全生产开采的前提下，当前对于煤矿井下生产安全威胁最大的煤层为自燃煤层，尤其是在高瓦斯或煤层易自燃矿井内，一旦发生煤层自燃事故，不仅会造成严重的经济损失，还会对作业人员的生命安全造成很大影响，所以必须采用科学的防火与灭火技术，加强防火灭火工作管理。

煤矿自燃煤层采空区的自燃条件及过程分析

煤炭自燃条件分析

根据相关研究以及实践经验表明，煤炭资源自燃需要具有一定的条件，主要包括：

煤炭需要具有低温氧化特征，煤炭堆积在自燃煤层采空区中呈现破碎状态的煤炭厚度需要在40cm以上。

具有良好的蓄热条件，当热量达到一定温度后煤炭才会发生自燃。

具有充足的供氧条件，相关研究表明只有在氧气浓度超过15%的条件下，煤炭才会发生快速自燃。根据煤炭的结构来看，氧化热相应主要通过其表面活性分子进行燃烧，受到表面活性分子的数量、种类以及空间结构影响，不同煤炭在指标方面存在差异，就会引起不同程度的自燃情况，在同样的温度条件下，不同煤炭自燃每消耗1mol氧气会产生不同的热效应[1]。

煤炭自燃过程分析

按照自燃煤层采空区煤炭燃烧的物理特征、化学特征以及温度特征来看，自燃煤层采空区的煤炭自燃主要分为三个阶段，即潜伏期、自热期以及自燃期，自燃发火期包括潜伏期和自热期。

在潜伏期中，从煤炭被开采后与空气接触到温度上升的时间段为煤炭自燃的潜伏期，在该期间中，煤炭对于氧气以物理吸附效果为主，向外部产生的热量较少，通过观察难以直接识别，在经过潜伏期的煤炭表面颜色会逐渐变暗，燃点会迅速下降，煤炭自身的分子结构和物理性质、化学性质是影响煤炭自燃潜伏期长短的主要因素，煤炭的破碎和堆积状态、散热以及通风供氧条件同样会影响潜伏期长短。

在自热期间中，自燃期间是指煤炭经历过潜伏期后，煤炭的温度快速升高到燃点的过程，在该过程中，煤炭的氧化反应会不断加快，从而产生热量积累，温度会逐渐提升，如果在自热期间煤炭的散热条件发生变化，使其温度降低到外界温度水平，则煤炭不会发生自燃，而是会发生风化。

在煤炭自燃期中，当煤炭的温度达到燃点后，同时具有充足的氧气环境，煤炭就会发生自燃，出现明火和含有一氧化碳、二氧化碳等有害物质的高温烟气，若煤炭温度达到燃点后隔绝氧气或氧气浓度角度，煤炭就会产生大量烟气而不会出现明火，这种现象为煤炭的干馏，干流过程中煤炭会因为燃烧不够充分而产生大量的一氧化碳，整体温度较低[2]。

煤矿自燃煤层采空区的自燃特点和规律分析

自燃煤层采空区具有机械化程度较高、整体开采强度较大、工作面送风量较大以及采空区的高度较大等多项特点，导致自燃煤层采空区遗落煤炭发生自燃概率较高，自燃煤层采空区煤炭自燃具有如下几项特点：

自燃煤层采空区环境复杂，漏风通道会增加防火灭火难度。自燃煤层采空区在作业过程中，开采压力和空气中的空间会形成复杂的漏风通道，所以即便发现煤炭存在自燃隐患，也难以采用有效的防火灭火措施，自燃的位置难以准确判断，从而导致自燃煤层采空区防火灭火工作需要治理较大的范围，若已经封闭的采空区煤炭自燃，会威胁到相邻采空区的安全生产，所以综合来看自燃煤层采空区的防火灭火工作难度较高。

自燃煤层采空区中间位置自燃率较低，周围自燃率较高。自燃煤层采空区上方的岩层因为没有支撑形成的悬臂梁结构，在移动、垮塌以及下沉的作用下会使得自燃煤层采空区中间位置被充分压实，但是在自燃煤层采空区周围，顶板悬臂梁和底板等中间存在没有被压实的漏风通道，该通道是自燃煤层采空区出现漏风问题的主要因素，会增加煤炭自燃率;巷道顶板的煤炭在经过长时间的氧化和热量堆积后，自燃煤层采空区的温度会在短时间内快速提升，从而会缩短煤炭自燃潜伏期和自热期时间，在短时间内就会发生自燃问题。

自燃煤层采空区切眼、停采线中煤炭的自燃率较高。自燃煤层采空区中切眼因为断面较大，在回采过程中，在矿压作用下会导致煤炭破碎程度较大，为供风漏氧提供了有利条件，切眼内设备安装时间较长，且回采初期作业效率较低，所以破碎的煤炭升温时间较长，温度升高速度较快，自燃煤层采空区内破碎煤炭数量较多，所以自燃性较高，容易发生自燃问题[3]。

相邻工作面自燃煤层采空区自燃率较高。在工作面正常回采的情况下，自燃煤层采空区内被遗落的煤炭会不断氧化，由于漏风从而会导致相邻自燃煤层采空区内的煤炭发生二次氧化，所以相邻自燃煤层采空区中煤炭温度会不断升高，且供氧时间较长，则更容易发生自燃事故。

煤矿自燃煤层采空区防灭火基本设计分析

通过上文的分析可以看出，煤矿自燃煤层采空区存在较大的煤炭自燃率，当煤炭发生自燃时，会引起严重的火灾事故，因为存在较多易燃物，所以火势蔓延速度较快，一旦出现自燃现象，火势会迅速在自燃煤层采空区内蔓延，并危及相邻的自燃煤层采空区，所以需要采用科学的自燃煤层采空区防火措施，重点加强对自燃煤层采空区的自燃现象监测。根据实践经验，本文所建立的防火措施方案包括：

构建自燃煤层采空区温度取样和监测系统，监测系统对自燃煤层采空区中温度、一氧化碳浓度、氧气浓度以及其他气体成分的浓度，并通过监测数据对其变化规律进行分析，从而确定自燃煤层采空区中最容易发生自燃的分布区域。

根据现场监测情况，规划自燃煤层采空区中的重点监测区域，并对容易发生自燃的区域优化通风参数。

在确定的自燃煤层采空区中，构建温度、一氧化碳、氧气以及乙烯气体的监测系统，监测系统中采用传感器对各项数据进行获取，系统硬件设备采用的引线、仪表以及保护管路等需要满足井下特殊的环境要求以及防爆要求;根据取样需求选择对应的仪器，在自燃煤层采空区中安装相对应的取样管道;在对人工取样钻孔的空间进行确定时，需要充分考虑到铁管内是否能够安装所有探头和引线，避免出现过于拥挤的问题;为了避免抽气阻力过大，适当提高管径，同时保证抽气管具有一定硬度，防止因抽气负压力导致抽气管变形，但是抽气管材质不能过硬，否则容易发生折断问题，可以采用5mm左右的聚氯乙烯塑料管道。

引线中的电缆材料确定，通常需要根据井下作业系统的额定电压、额定温度、额定湿度、风力以及化学腐蚀性等外界因素而选择。在选择引线材料时，需要对环境因素的信息进行全面收集，并根据井下机电系统的实际负荷情况，在保证引线材料能够满足防火需求的基础上，同时需要注重预留部分余量，使其能够满足防火需求[4]。

煤矿自燃煤层采空区防灭火工作有效强化措施分析

自燃煤层采空区防灭火工作通常采用以监测和控制的方式为主，对自燃煤层采空区的漏风进行控制，并通过注氮技术以及自动化技术对重点自燃区域进行管控，可以采用MEA防灭火材料等综合防灭火技术。例如，加强自燃煤层采空区防灭火工程设计、提高自动化水平、对漏风区进行堵漏等，都能够取得良好的应用效果。本文以H市某煤矿的实际情况为例，提出多项有效的防灭火措施。

加强自燃煤层采空区防灭火方案设计

防灭火设计方案是保障自燃煤层采空区安全管理的基础，只有良好的防火灭火设计方案，才能够提高安全管理效果，所以需要加强对防灭火方案设计的管控，制定科学的防灭火设计方案。

在对防灭火发难进行设计时，需要结合井下自燃煤层采购去现场的实际情况，以实际情况为出发点，明确自燃煤层采空区存在的自燃隐患及其规律隐患问题，加强容易发生自燃现象区域的防护，重点对防灭火措施进行设计，为井下人员提供充足的逃生空间，从而降低煤炭自燃事故影响。

以自动化技术为代表的防灭火技术，是自燃煤层采空区防灭火建设的主要发展方向，通过与现代化技术相融合，能够有效提高自燃煤层采空区防灭火质量，实现自动化自燃监测、自动化自燃扑灭以及自动化预警等多项功能，从而当煤炭自燃等危险事故发生前完成自动化报警，为井下作业提供更多的逃生时间以及更多的自救措施[5]。例如，将自动化技术与灭火系统进行结合，当煤炭自燃问题发生时自动化灭火系统能够第一时间启动，并根据对煤炭自燃的识别启动相应的灭火系统，不仅能够提高防灭火系统启动的及时性，还能够提高防灭火方式的针对性，从而提高防灭火效果，能够起到良好的消防安全保障作用，是当前自燃煤层采空区防火灭火建设中需要充分考虑的内容，能够全面促进自燃煤层采空区防灭火质量提高。

降低自燃煤层采空区漏风量

在H市某煤矿的自燃煤层采空区中，漏风主要来自机头处上隅角和间隔移架之间产生的间隙，该煤矿通过采用在运输顺槽距离机头12m区域安装风障的措施，将风量引导进入其他工作面，同时在其他工作面断层期间间隔移架时在相邻的支架间隙区域安装柔性可伸展风障，从而降低了自燃煤层采空区的漏风量。在这种防灭火措施下，自燃煤层采空区即使温度过高，也会引起氧气含量不足而无法自燃，从而避免产生明火等问题，是降低自燃煤层采空区自燃率的有效措施，在该煤矿的自燃煤层采空区防灭火工作中取得良好的应用效果。

自燃煤层采空区注氮措施

在该煤矿的自燃煤层采空区中，采用地面固定碳分子晒制氮机进行制氮，注氮滚到埋设在自燃煤层采空区的上隅角区域，注氮管道采用管径为105mm的钢管，能够深入自燃煤层采空区的长度为55m，能够随着工作面推进55m后开始注氮，同时埋设备用注氮管道，当备用注氮管道埋入自燃煤层采空区55m后，第一条注氮管路会停止注氮，由备用管道开始注氮;在自燃煤层采空区注氮管道压力低于0.5PAa时，注氮量为450m³/h，氮气浓度超过97%，从而起到良好的煤炭自燃抑制效果[6]。

减少自燃煤层采空区内遗煤数量

该煤矿自燃煤层采空区的遗煤主要来自其他工作面断层期间的底煤，因此为了减少自燃煤层采空区的遗煤数量，采用调整工作面过断层回采的方式，以伪斜回采方法对断层进行开采，在过断层齐推进过程中旋转调面，使得工作面和断层走向保持平行，之后伪斜回采到断层时采用爆破法强行通过断层，工作面过断层后在进行旋转调面，从而能够减少自燃煤层采空区内遗煤总量，从而能够起到良好的防灭火控制效果。

安装高精度监测系统

在采用自动化监测系统时，为了提高自燃煤层采空区自燃情况监测效率和准确性，对传感器的精度进行全面控制，将其安装在上隅角的位置，采用光谱技术，该技术具有气体预处理功能、气体流量控制功能以及显示功能，能够实时监测自燃煤层采空区内各气体成分的含量，并将其实时传输到系统后台，当某项气体成分浓度超过安全阈值后就会触发报警功能，从而实现自燃煤层采空区自燃自动化预警。

结束语

综上所述，本文对自燃煤层采空区的煤炭自燃过程进行分析，并阐述自燃煤层采空区煤炭自燃的特点及其规律，同时设计自燃煤层采空区防灭火监测系统，最后提出多项有效的防灭火措施，希望能够对我国煤矿自燃煤层采空区防火工作起到一定的借鉴和帮助作用，不断提高煤矿井下作业安全性。

参考文献

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