影響煤炭自然發(fā)火的因素

影響煤層自然發(fā)火的因素主要有： 1、煤的自燃性能 煤的自燃性能主要受下列因素影響： 1）煤的分子結(jié)構(gòu)，研究表明，煤的氧化能力主要取決于含氧官能團多少和分子結(jié)構(gòu)的疏密程度。隨煤化程度增高，煤中含氧官能團減少，孔隙度減小，分子結(jié)構(gòu)變得緊密。 ２）煤化程度，煤化程度是影響煤炭自燃傾向性的決定性因素。就整體而言，煤的自燃傾向性隨煤化程度增高而降低，即自燃傾向性從褐煤、長焰煤、煙煤、焦煤至無煙煤逐漸減小；局部而言，煤層的自燃傾向性與煤化程度之間表現(xiàn)出復雜的關(guān)系，即同一煤化程度的煤在不同的地區(qū)和不同的礦井，其自燃傾向性可能有較大的差異。 3）煤巖成分，煤巖成分對煤的自燃傾向性表現(xiàn)出一定的影響，但不是決定性的因素。各種單一的煤巖成分具有不同的氧化活性，其氧化能力按鏡煤＞亮煤＞暗煤＞絲煤的順序遞減。 4）煤中的瓦斯含量，煤中瓦斯存在和放散影響吸氧和氧化過程進行，它類似用惰性氣體稀釋空氣對氧化發(fā)生的影響。 5）水分，煤的外在和內(nèi)在水份以及空氣中的水蒸汽對褐煤和煙煤在低溫氧化階段起一定的影響，既有加速氧化的一面，也有阻滯氧化的因素。 6）煤中硫和其它礦物質(zhì)，煤中含有的硫和其它催化劑，則會加速煤的氧化過程。統(tǒng)計資料表明，含硫大于３％的煤層均為自然發(fā)火的煤層，其中包括無煙煤。 2、開采技術(shù) 開采技術(shù)對自然發(fā)火的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 1）礦井開拓方式和采區(qū)巷道布置，既決定保護煤柱的數(shù)量及其大小，又決定所留煤柱受壓與碎裂程度，既決定可燃物的分布和集中情況，又決定向這些可燃物供風的時間。 2）回采方法和回采工藝，但其決定的因素是回采率和工作面推進速度。 3、影響采空區(qū)自燃的因素 １）采空區(qū)三帶劃分 對于后”U”通風系統(tǒng)(一源一匯)的采空區(qū)，按漏風大小和遺煤發(fā)生自燃的可能性采空區(qū)可分為三帶：散熱帶Ⅰ（寬度為L₁）、自燃帶Ⅱ（寬度為L₂）和窒息（不自燃）帶Ⅲ（如圖10－3－1）。靠近工作面的采空區(qū)內(nèi)冒落巖石處于自由堆積狀態(tài)，空隙度大，漏風大，氧化生熱小而散發(fā)熱量多，故不能發(fā)生自燃，叫散熱帶。其寬度大約5～20ｍ。自燃帶Ⅱ中巖石的空隙度較小，因而漏風小，蓄熱條件較好，如果該帶的條件保持時間超過其自然發(fā)火期，就可能自燃。故此帶稱為自燃帶。其寬度取決于頂板巖性、工作面推進速度、漏風通風壓差，一般寬度為20~70ｍ。自燃帶向采空區(qū)內(nèi)部延深，便是第Ⅲ帶。由于該帶距工作面較遠，漏風甚小或消失，氧濃度低，不具備自燃條件。故此帶處于惰化狀態(tài)，已經(jīng)發(fā)生自大在燃的遺煤也能窒息，故叫窒息（不自燃）帶。 確定劃分三帶的指標有三種： ①采空區(qū)漏風風速V（V>0.9m/s為散熱帶；0.9≥V≥0.02m/s為自燃帶；∨＜0.02m/s為自窒息帶。）； ②采空區(qū)氧濃度（C）分布（認為C＜8%為窒息帶，C≥8%為自燃帶）； ③采空區(qū)遺煤溫升速度（dt>1℃/d為自燃帶）。由于缺少深入的理論研究和試驗結(jié)果，此指標目前尚難以應(yīng)用。 圖10-3-1 采空區(qū)散熱、自燃、窒息三帶分布示意圖 ２）采空區(qū)遺煤自燃的條件及其影響因素，設(shè)自燃帶的最大寬度為L₁+L₂，工作面的推進速度為V，自然發(fā)火期為τ_S，在自燃帶內(nèi)煤暴露于空氣的最長時間為τ(月)，當: τ_S≤(L₁+L₂) / V 10 -3-4 時，說明自燃帶內(nèi)有△L=L₁+L₂-Vτ_S寬度存在時間超過自然發(fā)火期，有自燃危險。由此可見，采空區(qū)遺煤自燃與否主要取決于工作面的推進速度和自燃帶最大寬度L₁+L₂（ｍ）。 4、漏風 在煤炭氧化過程的熱平衡關(guān)系中，漏風起兩方面的作用：一是向煤提供氧化所必須的氧氣，促進氧化發(fā)展；二是帶走氧化生成的熱量，降低煤溫，抑制氧化過程發(fā)展。采空區(qū)及煤柱的漏風強度在0.1～0.24 m³/(min.m²) 時容易自然發(fā)火。有的作者認為不會導致自燃的極限風速低于０.０2～0.05 m³/(min.m²)；封閉采空區(qū)密閉墻漏風壓差在300Pa、漏風強度在０.02～1.2m³/(min.m²) 時容易自然發(fā)火的^{[ 136 ]}。把風速控制在易燃風速區(qū)之外，是從通風的角度預防自然發(fā)火的原則。 5、地質(zhì)因素 地質(zhì)因素主要有：１）傾角。２）煤層厚度。表10—3—1為傾角和厚度對自燃影響的部分統(tǒng)計資料。３）地質(zhì)構(gòu)造。在有地質(zhì)構(gòu)造的地區(qū)，自燃危險性加劇。４）開采深度。煤層賦存太深或太淺都會增加自然發(fā)火的危險性。 表10—3—1 煤層傾角和厚度對自燃影響 傾角 發(fā)火次數(shù) 比例,% 煤層厚度 發(fā)火次數(shù) 比例,% 緩傾斜 55 16 中厚以下 56 16 傾斜 121 34 厚煤層 135 38 急傾斜 176 54 特厚煤層 161 46 關(guān)鍵詞：煤炭因素自然