煤层自然发火是煤矿开采过程经常遇到的一种灾害,全国大多数矿井的煤层都发生过煤层自然发火。煤层自然发火不仅与煤层本身的自然倾向性有关,更与开采深度、开采方式、埋藏条件等因素息息相关。矿井火灾是煤矿安全生产中主要的自然灾害之一。矿井火灾一般是指发生在矿井巷道内、硐室内和采区内,也包括发生在地面井口附近,火焰和烟气能随着风流蔓延到矿井中,威胁着煤矿生产及人身安全,一旦发生火灾,将会给煤矿带来重大的损失,因此要研究煤炭自燃的规律,合理地采取相应的措施预防火灾的发生,从而促进矿井的和谐、安全、健康发展。
煤层火灾不同于其他类型的火灾,有其自身固有的特点。由于煤层物理、化学性质和地质特构造的独特性,煤层自燃具有以下特性:
(1)煤层容易自燃
由丁工作面采空区、巷道破碎带等聚集着大量松散煤体,开采期间与氧接触后很快发生氧化,放出大量热,松散煤体蓄热性好,热量不易散失,因此很容易引起煤湿自然升高而发生自燃。
(2)煤层自燃比较复杂
由于矿井地质条件复杂,许多情况还不明确,矿井生产系统复杂,因此煤层自燃十分复杂,
(3)煤层能低温贫氧氧化,煤层自燃聚集了大量热能,治理困难根据煤氧复合理论,煤与氧作用放出热量引起煤温升高,煤温升高则煤的氧化活性增强,煤氧化反应速度加快,放热强度增大。煤氧复合作用只要有氧存在就能进行,煤氧复合就会放出热量,氧浓度大小只影响煤氧复合速率的大小。
(4)自燃火源点隐蔽,通常相对位置较高,呈立体分布由于煤层表面散热比较强,低温下煤氧复合产生的热量不能聚集。
温度难以升高,在煤层深部,氧浓度很低,煤氧复合速率较小,放热量很少,因此温度也不能升高,因此自燃火灾一般发生在距煤体暴露面一定距离的深部,往往只见自燃征兆,冒烟而不见明火。
由于火风压的作用,较高部位的煤体容易被加热,温度容易升高,因此煤层自燃高温点通常比较高,采用注浆等防灭火措施难以处理。
(5)容易复燃
经过高温以后,煤的化学结构发生改变,因此更容易氧化,因此煤层火灾复燃很快。
因此,预防和控制矿井煤层火灾应该从惰化煤体、控制供氧条件、降低煤体温度三个方面着手,研究以高效降温、隔氧为主,适用性强、防灭火效果好、可操作性强和速度快的煤层自然发火控制技术。