采空区遗煤自燃过程
发布时间：
2023-09-05 16:50
来源：
金合建筑工程
煤矿采空区一般是指煤矿开采过程中采运煤炭或矸石等出矿后留下的空洞或空腔。20世纪80年代，研究人员提出了一种采空区划分理论，即将采空区划分自然发火“三带”。该理论将采空区划分为散热带、自燃带、窒息带。散热带区域一般漏风较大，氧气充足，靠近采煤作业面。因为相对通风，使热能不能继续聚集，达不到煤炭自燃的程度。自燃带位于散热带的后方，由于距离工作面有一定距离，遗煤氧化而形成的热能不能被带走，漏风速度、漏风体积、孔隙度都相对减小：而随着煤炭不断氧化，当热能聚集到一定程度时，如果区域内温度超过自燃点，煤炭就有自燃的可能。窒息地带属于比较稳定的区域，它处于自燃带再向内的位置，离采掘工作面较远，因此地质空隙量很小。由于窒息带空气含量极少，而煤炭在氧化过程中需要消耗大量的氧气，导致氧气浓度极低，因此煤炭氧化反应产生的能量也很小，热能很容易被空气带走，存在的遗煤也不容易达到自燃点，造成煤自然发火的几率也是微乎其微的。
采空区煤自燃的发生有三个必须满足的条件：煤存在自燃倾向;具有持续而充足的氧;具有持续的热源。然而，由于自燃带区域风量逐渐减少，遗留的煤炭氧化后产生的热量无法被完全带走，热能积聚，而少量的空气则促使遗煤加速氧化，温度持续升高，最终造成采空区遗煤自燃。因此，采空区的煤自燃监测预警工作中，自燃带是一个重点关注的区域。
采空区遗煤自燃机理一直以来都是矿井煤自燃火灾事故的研究重点，自燃带煤自燃通常会经历潜伏期、氧化期、燃烧稳定期三个阶段，不同阶段煤自燃的特点不同。遗煤有自燃倾向，在潜伏期吸附周围氧气，发生氧化反应，产生的氧化产物附着在其表面，使煤块表面的活性增强，煤块自燃温度降低。但因其产生的热量较小，温度上升缓慢，进入潜伏期。煤的种类和特性决定了潜伏期的时间长短，煤不断氧化，热量不断累积，能量长期累积，就会促使煤炭加速氧化，进入氧化期。包括水、一氧化碳、二氧化碳等氧化剂在内，都是煤的氧化反应产物。持续氧化促进温度上升，通常在遗煤快速氧化阶段的临界温度为60℃~80℃，一旦突破临界点，伴随着若干碳氢类可燃气体的生成，遗煤氧化速度就会提高。而遗煤的高温在达到自燃温度后，经过氧化阶段的加速氧化，也会迅速升高并开始自燃，进入燃烧稳定期。不同的煤炭种类决定了煤炭自燃温度。
徐州吉安研发的普瑞特矿用防灭火专用液(JTF-I)集凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫、氮气和阻化剂的防灭火优点于一体，特别是继承了泡沫的扩散性能和凝胶良好的固水特性。一方面，水浆生成泡沫之后，缓慢形成凝胶，能把大量的水固结在凝胶体内，避免了浆液中大量水流失或者溃浆的缺点，大幅度提高了浆水在采空区里的滞留率;另一方面，形成的凝胶能以泡沫为载体对采空区的高、中、低位火源或浮煤大范围全方位的覆盖，且能固结90%以上水分并形成凝胶层，防火时能持久保持煤体湿润并隔绝氧气，灭火时能长久地吸热降温，防止火区复燃。
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