高瓦斯矿井中的煤层具有较高的瓦斯含量,这增加了煤层自燃的风险。煤层自燃是由于暴露在空气中的煤与氧气发生氧化反应,产生热量,导致温度逐渐升高。当温度达到煤的着火点(300~350℃)时,会引起燃烧。这种现象在煤层开采过程中是一个重要的安全风险,尤其是在高瓦斯矿井中,因为高瓦斯含量不仅增加了煤层自燃的可能性,还可能引发瓦斯爆炸等更严重的安全事故。
高瓦斯煤层自燃发火具有以下特点:
①火灾一般发生在距煤体暴露面一定距离的深部。根据煤氧复合理论,煤自燃是由于煤氧复合放热的结果。煤自燃其实质是氧化放热与散热这对矛盾运动发展的过程,当煤氧化放热速率大于热量散发速率时煤温上升,放热速率小于散热速率时,煤温下降。在松散煤体的表面,由于漏风速度比较大,煤氧复合产生的热量被风流带走,因此煤温不会升高:在松散煤体深部,由于氧浓度很低,煤氧复合速度很慢,放出的少量热能通过煤体及围岩传导散发掉,煤温也不会升高;只有在距离松散煤体表面一定深度的范围内,氧浓度比较高,热量发散又比较慢,煤温才会升高发生自燃。
②煤自燃过程中,随煤温升高,高温点总是逆着风流移动。一旦发现煤体暴露面处有自燃征兆,火源点周围煤岩体的温度升高,高温煤体范围已很大。发生自燃时煤温已经很高,由于煤的热容比较大,高温煤体的体积很大,所以煤体内部及围岩已储存了大量的热能,要降低如此大范围高温煤岩体的温度相对比较困难。
③煤体自燃是煤氧复合放出热量的结果,煤氧复合只要有氧存在就能进行,氧浓度大小仅影响煤氧复合速度的大小。煤体温度越高则煤的氧化活性越高,煤氧复合反应速度越快,放热强度越大。由于煤的导热性差,煤体通过传导散热速度很慢,因此,通常较低的氧浓度与煤反应放出的热量就可维持高温煤体温度不下降。因此,煤层自燃时采用封闭灭火,灭火周期较长,火区启封后易于复燃。
④煤层自燃时,除了煤温很高外,还伴随大量有毒有害的有机气体。一方面煤氧化会产生一些有机气体,另一方面,在高温下,煤的大分子发生裂解,也会产生大量有害气体,高温也促使煤中的小分子挥发释放到空气中。在封闭空间里,煤自燃产生的有害气体容易聚集,引起井下工作人员中毒。
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。
参考文献:
[1]林承宁.佳新煤矿1504工作面火区启封技术及发火规律的研究[D].安徽理工大学,2011.
热门跟贴