煤层自然发火危险性及防灭火措施
一、煤层自然发火危险性
根据山西省煤炭地质研究所，2010年8月11日测试的11、12、14号煤层结果表明：11 号煤层 吸氧量0.9m3/g， 自燃等级Ⅰ级，属容易自燃煤层。
12号煤层 吸氧量0.88m3/g，自燃等级Ⅰ级，属容易自燃煤层。
14号煤层 吸氧量0.85m3/g，自燃等级Ⅰ级，属容易自燃煤层。
二、煤的自燃分析预测
1、从煤的炭化程度上：
11号煤层为特低灰、中硫、特高热值不粘煤;
12号煤层为特低灰、特低硫，特高热值不粘煤;
14号煤层为低灰、中硫、特高热值不粘煤。
不粘煤的变质程度较高，炭化程度较高，较易自燃。
2、从煤的水份分析：
11号煤层：原煤水份平均2.90%;不利于煤的氧化
12号煤层：原煤水份(Mad)7.72%，不利于煤的氧化
14号煤层：原煤水份(Mad)4.23%，不利于煤的氧化。
3、从煤的含硫、磷量分析：
11号煤层：硫份原煤平均1.20%，利于煤层自燃。
12号煤层：硫份原煤平均0.43%，不利于煤层自燃。
14号煤层：硫份原煤平均1.40%，利于煤层自燃。
4、从煤的挥发份分析：
11号煤层原煤挥发份平均28.90%;挥发份中等，利于煤层自燃。
12号煤层原煤挥发份平均29.7%;挥发份中等，利于煤层自燃。
14号煤层原煤挥发份平均27.02%;挥发份中等，利于煤层自燃。
5、井田11号煤层采用后退式采煤工艺，工作面回采率高、采空区丢煤少，工作面推进速度快，有利于防止煤层自然发火。
6、工作面为后退式回采，运输顺槽进风、回风顺槽回风，形成独立通风系统，新鲜风流与乏风均不通过采空区，漏风小，不利于煤层自燃。
本矿井各煤层均为容易自燃煤层。
三、煤的自燃预防措施
1、开拓开采方面的措施
(1)合理的巷道布置系统
本矿井大巷布置在煤层中，并进行了锚喷刷浆以防煤层巷道与空气的充分接触。
(2)合理的采煤方法
本矿井采用高档普采长壁后退式采煤，巷道布置形式简单，由于采煤工艺简单，工人操作熟练，工作面推进速度快，工作面的回收率高，煤壁的暴露时间短，面积小，对于防治自燃发火十分有利。
(3)控制矿山压力，减少煤体破碎。
在采掘过程中尽量减少裸露巷道的时间，在部分顶底板来压较大的地方加强支护，减少顶、底板来压对煤体的破碎，减少煤体与空气接触面。
(4)坚持正常的回采顺序，工作面推进采用后退式，回采顺序合理，减少了采空区漏风，有利于防止煤层自燃发火。
(5)在生产中，尽量提高回采率，工作面回采结束后立即砌筑密闭防火墙，封闭采空区，回采工作面顺槽间尽量少留煤柱。
同时，设计针对采煤工作面在正常生产时、工作面推进速度减慢时和工作面停采前、回柱撤梁期间及封闭后的具体防火措施分别叙述如下：
1)正常生产时工作面的防火
① 对开切眼附近煤壁压注阻化剂;
② 加快工作面设备安装速度和工作面初始推进速度;
2)工作面推进速度减慢时的防火
① 在工作面下隅角挂设风帘，减少采空区漏风;
② 在下隅角堆设土袋(或砂袋)，建立防火隔离墙;
3)工作面停采前、回柱撤梁期间及封闭后的防火
① 工作面离设计停采线一段距离(可取50～60m)时，即开始在工作面喷洒汽雾阻化剂;
② 工作面停采时，对采空区实施注氮;
③ 工作面停采期间，适当降低工作面风量;
④ 停采后45天内工作面设备要全部撤完，并完成封闭;
⑤ 在回柱撤梁过程中，加强停采线回风流气体、温度监测和自燃危险性预测;
2、通风方面的措施
开采时，合理的通风系统可以大大减少或消除自燃发火的供氧因素，无供氧蓄热条件，煤是不会发生自燃的。所谓合理的通风系统是指：矿井通风网络结构简单，风网阻力适中，主扇与风网匹配，通风设施布置合理，通风压力分布适宜。
本矿井通风系统为中央并列式通风系统，混合提升斜井进风，回风斜井回风，通风方式为机械抽出式，矿井通风容易时期和困难时期通风阻力相对较小，有利于自燃发火的管理。
回采工作面为后退式回采，采用“U”型通风布置，一进一回，新鲜风流与乏风均不通过采空区，漏风量少，自燃发火机率低;
调节风门、风门、风墙和风桥等通风设施，应设置在围岩坚固，低压稳定的地点，还应避免引起采空区或附近的煤柱裂隙，使漏风量的增大;
同时采取措施降低采区进、回风巷之间以及区段进、回风巷两端的负压差，以减少漏风;
在合适的地点设双向风门，使矿井既可实现全区反风，也可实现局部反风，以防止火灾事故扩大;
主要通风机设有反风装置，可满足全矿井反风要求，工作面顺槽及相关巷道，均设有反风风门及通风巷道可实现采区或工作面反风。
同时，设计要求加强矿井日常通风管理，对通风机经常进行性能测定，掌握其特性，并随着季节变化及时调整主通风机工况，控制内部漏风，降低通风阻力等综合措施，确保用风地点供风稳定、合理。
3、监测方面的措施
煤层自燃火灾监测与早期预报是矿井火灾预防与处理的基础，是矿井防灭火的关键。只要能够准确、及时地对煤层自燃火灾进行早期预报，就能有的放矢地采取预防煤层自燃火灾的措施，从而避免自燃事故的发生。对于煤层火灾的预测预报而言，采样监测技术是至关重要的。目前，煤层火灾的监测主要有矿井火灾束管采样监测系统、煤矿安全监控系统和人工检测三种手段。
地面固定式矿井火灾束管监测系统是借助束管将矿井井下各测点的气体经抽气泵负压抽取、汇总到指定地点，在借助气相色谱检测装置对束管采集的井下气样进行分析，实现对CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2等气体含量的在线监测，其监测结果在以实时监测报告、分析日报等方式提供数据的同时，亦可自动存入数据库中，以便今后对某种气体含量的变化趋势分析，从而实现对矿井自燃火灾的早期预报。
安全监控系统可以连续监测CO、CO2、O2等环境参数，根据这些环境参数的变化进行煤层火灾的预报。
人工检测一直作为煤层火灾的主要监测手段，人工气体监测主要采用O2、CO、CH4等便携式气体分析仪，由人工直接在各测点进行气体检测，并定期采用气袋取气样，送地面进气相色谱分析，给出气体的成分和浓度，以此判断煤层发火程度。该法适用性强、投入设备少，简单易行，但人工取样工作量大，间隔时间长，不能连续实时进行检测。
针对目前地面固定式束管监测系统具有管路长，采样测定滞后时间长，管路积水和粉尘进入管路堵塞后难以处理，人为或其它原因破坏管路的可能性大，管路维护量较大;地面设备多，需专人管理，管理技术要求较高;全套设备所需费用高等缺点，目前中小型煤矿普遍采用井下移动式火灾气体束管采样系统，设备全部安装于井下，并可移动布置在不同的监测区域，体积小，重量轻，束管管路短，操作、管理及维护方便。该套系统可用于在井下对重点危险区域进行现场连续采样，多个密闭集中采样，现场和实验室分析，监测火灾气体成份的变化，为煤层自燃预测预报提供了有效的手段，为分析煤层发火情况及其变化趋势提供了依据。
与井下移动式火灾气体束管采样系统配套采用GC950型煤矿专用火灾气体色谱分析系统，该系统克服了目前煤矿所使用的东西电子生产的气相色谱仪O2和N2分离效果较差，且不能检测氢气、重复性差、分析时间长等缺点，采用日本岛津技术，具有仪器稳定、重复性好，灵敏度高、能检测所有火灾气体、分析时间短等优点，目前，在山西焦煤集团、潞安集团、晋煤集团、大同、朔州、忻州等多个单位使用，效果良好。
(1)、KYSC-1型束管采样系统组成
该系统既具有原束管系统的功能，又克服了原束管系统的一些不足。系统经济适用，维护方便，适用于中小型矿井自然发火的预测预报，也适用于大型矿井高产高效工作面的自然发火预测预报及火灾治理过程中火灾信息的连续检测。该系统由以下三部分组成：1)抽气束管;2)抽气泵;3)采样柜;4)气水分离器。
1.水位计 2.压力控制阀 3.出气口 4.压力表 5.连接法兰 6.连接管道 7.皮管 8.水泵出气口9.水泵进气口 10.皮管 11.负压表 12.流量计 13.八路控制开关 14.气体采样口 15.出水口
图5-2-1 采样系统连接图
图5-2-2 KYSC-1系统外观图
(2)KYSC-1型束管采样系统技术参数
1)供电电压：660V/380V;
2)功率：4kW;
3)供水量：1m3/h;
4)抽气量：1.35m3/min;
5)负压：-0.087MPa;
6)抽气距离：5000m。
(3)GC950型煤矿专用色谱分析系统技术特点和参数
图5-2-3GC-950气相色谱系统
1)主要特点
①该仪器采用日本岛津技术，具有性能稳定、功能齐全、自动化程度高等优点;
②可以测定H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2共9种气体;
③选用氩气作载气，实现了测定氢气这一重要火灾气体，对于指导矿井火
灾的治理具有重要的参考价值;
④采用三气路六通阀定量管进样，配TCD、FID及镍转化炉，从而排除了各组分之间的互相干扰，使重复性、灵敏性和准确性更好;
⑤CO、CO2及烃类测定采用分时进样，双柱并联共用FID的流程，从而避免了分流进样造成最低检测浓度达不到煤矿安全要求的不足，同时通过进样时间的控制，可以缩短总的分析时间，减轻分析人员的工作量;
⑥内置不锈钢丝网过滤膜，从而避免了煤矿气体粉尘较多容易堵塞管路的问题;
⑦检测器均采用单元化设计，先进制造工艺，具有灵敏度高、噪声低、线性范围宽等特点;
⑧工作站功能强大、性能稳定，直观、简单、易学。设有六种定量方法(归一法，内标，外标，修正归一法，带比例的修正归一法，指数法)，可实现任意多点标样校准，任意多点校准平均，直观显示校准曲线;灵活的峰识别和处理能力，适应各类色谱分析应用。
2)技术参数
①最小检测浓度：H2≤5ppm;CO、CO2≤2ppm;烃类≤0.1ppm
②尺寸：宽606mm×高450mm×深450mm
③重量：～42 Kg
④电源：200V、50HZ、2100W
⑤热导检测器(TCD)
结构：半扩散式、四臂铼钨丝;电源：恒流控制方式;灵敏度：≥1500mV·ml/mg(正十六烷);噪声：≤0.03mV;飘移：≤0.1mV/30min
⑥火焰离子化检测器(FID)
结构：圆筒形收集极、石英喷口;检测限：1×10-11g/s(正十六烷);噪声：≤5×10-13A;飘移：≤5×10-12A/30min
⑦柱箱温度范围：10～399℃(增量为1℃);控温精度：±0.1℃;可由键盘设定过热保护值
⑧检测器温度范围：10～399℃(增量为1℃);控温精度：±0.01℃(TCD)和±0.1℃(其它);可由键盘设定过热保护值
⑨工作站
高精度：USB接口，24位的高精度A/D，分辨率±1uv
输入通道电平范围：外置数据采集盒，输入通道2个。-1v至+1v(可扩展
±2V)
采样频率：6、12、25、50次/秒
动态范围：106(1μv为最小单位)
积分灵敏度：1μv·sec(即面积的个位数)。
线性度：