煤层地质赋存条件
煤层厚度
➢开采厚煤层的矿井，内因火灾发生次数比开采中厚和薄煤层的矿井多； ➢据统计，有80％的自燃火灾发生在厚煤层开采中 ； ➢国内的鹤岗矿区统计，有86.6％的自燃火灾发生在5m以上的厚煤层中； ➢原苏联库兹涅茨矿区2/3以上的煤炭自燃也发生在5m以上的厚煤层中。
煤层倾角
➢开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层易自燃 ； ➢原苏联库兹涅茨矿区75％的自燃火灾发生在45°～90°倾角的煤层中； ➢德国鲁尔矿区81.5％的自燃火灾发生在36°～90°倾角的煤层内； 原因： ✓倾角大的煤层受到地质作用影响比较大，使得煤层在开采过程中比较容易破 碎 ✓倾角大的煤层频繁发生自燃还因为急倾斜煤层顶板管理困难，采空区不易充 严，煤柱也不易保留，漏风大
煤层地质赋存条件
地质构造
自然发火次数要多于煤层层位规则的地方如断层、褶曲发育地带、 岩浆入侵地带 。这是由于煤层受张拉、挤压的作用，裂隙大量发生， 破碎的煤体吸氧条件好，氧化性能高。据四川芙蓉煤矿统计，巷道自 燃火灾52％发生在断层附近。
煤层顶板
煤层顶板坚硬，煤柱易受压碎裂。坚硬顶板的采区空冒落充填不 密实，冒落后有时还会形成与相邻正在回采的采区，甚至地面连通的 裂隙，漏风无法杜绝，为自燃提供了条件
✓ 煤田火灾每年烧损的煤量达1360万吨，经济损失超过200亿元； ✓ 煤田火灾还造成对地下水的污染和地质条件、地表植被、大气环境的
严重破坏； ✓ 煤田火在世界范围内引起许多问题和风险，例如排放有害气体和温室
气体，污染大气和地下水，造成局部土地退化，导致生态系统退化、 滑坡、坍塌和侵蚀，引起呼吸系统疾病和威胁煤矿安全等； ✓ 中央与地方财政每年投入的灭火资金都达数亿元以上。
燃烧期
煤温达到着火温度（无烟煤﹥400℃、烟煤320380 ℃ 、褐煤﹤300℃）开始燃烧。
风化冷却
如果煤温根本不能上升到临界温度，或能上升到这 一温度但由于外界条件的变化更适于热量散发而不是聚 集，煤炭自燃过程自行放慢而进入冷却阶段，继续发展， 便进入风化状态，使煤自燃倾向性能力降低而不易再次 发生自热。
一、煤炭自燃产生的条件、过程 及其影响因素
自然发火的条件
➢煤具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积 ➢有连续的通风供氧条件 ➢热量易于积聚 （有聚热环境） ➢持续一定的时间
煤自燃过程
温
度
燃
着火点温度
烧
Tc＝70℃
T0 0
准备期
冷却 自热期
风化 时间
煤自燃准备期
• 准备期又成为潜伏期，此阶段煤体温度的变化不 明显，煤的氧化进程十分平稳缓慢，煤与氧接触 后煤的重量略有增加、着火点温度降低，氧化性 被活化。在该阶段因环境起始温度低，煤的氧化 速度慢，产生的热量较小，因此需要一个较长的 蓄热过程，它的长短取决于煤的自燃倾向性的强 弱和外部条件。
若顶板易于垮落，垮落后能够严密地充填采空区并很快被压实， 火灾就不易形成，即使发生，规模也不会很大。
➢ 我国煤矿现广泛采用大采高与放顶煤技术和瓦斯抽采技术后，以造成采空 区遗煤多和漏风大，使得自然发火严重。
➢ 矿井自燃火灾常诱发瓦斯、煤尘爆炸事故，进一步扩大其灾难性
煤田火灾
✓ 我国新疆、宁夏、内蒙古还存在大面积的煤 田火灾燃烧面积达720 km2，其中新疆现有 火区35个，火区面积达826万m2；宁夏现有 火区37个，火区面积394.5万m2；内蒙古现有火区116 个，火区面积 1903 万m2。
煤自燃特性及防治技术
仲晓星 副教授
煤炭是我国的主要能源
➢煤炭占我国一次能源生产和消费结构的70%
核能 天然气
原油
0.8% 2.4%
煤炭
21%
69.9%
左右，这种主体地位未来几十年不会改变。 水电 5.9%
我国煤矿火灾特别是自燃灾害严重
➢79.93%的煤层有自燃倾向性，可采厚煤层基本存在自然发火； ➢诱发瓦斯、煤尘爆炸，严重危及井下人员的生命安全。 ➢煤田火灾每年烧损煤量达1000万吨，经济损失超过200亿,还严重 破坏生态环境；
煤自燃影响因素
内在因素：
煤的变质程度 煤的水分 煤岩成分 煤的含硫量 煤的粒度、孔隙度
煤自燃影响因素
煤炭自燃倾向的基本条件。然而在生产中，一个煤层或矿井 的自然发火危险程度并不完全取决于煤的自燃倾向性，还 受外界条件的影响。
外在因素：
煤层地质赋存条件 采掘技术因素 通风管理因素
其扩大并最大限度地减小火灾中的人员伤亡和经济损失。 三个问题：
一、自燃是如何发生的？其内容主要是研究自燃的产 生原因、条件以及发生过程和特点，这是防灭火的理论基础；
二、如何防止自燃发生？主要为包括预测预报技术和防 火技术；
三、自燃发生后如何进行及时而有效的控制和处理。
主要内容
➢煤炭自燃产生的条件、过程及其影响因素 ➢煤低温氧化特性及标志性气体 ➢煤炭自燃倾向性的测试方法与分类标准 ➢易自燃地点及采空区自燃危险区域的划分 ➢煤炭自燃防治技术
煤炭自燃
➢ 煤炭自燃火灾是矿井火灾的主要形式，其发生起数约占矿井火灾总数的 90%；
➢ 大中型煤矿中，自然发火危险程度严重或较严重的煤矿占72.9%；国有重 点煤矿中，具有自然发火危险的矿井占47.3%；小煤矿中，具有自然发火 危险的矿井占85.3% ；
➢ 近年我国国有重点煤矿每年因火灾而封闭的工作面超过100个，封闭工作 面常使数千万元的综采、综放装备被封闭在火区中。
中国煤田火区与主要矿井火分布图
随着煤炭资源整合重组，小窑自燃灾害日益凸显。
山西某露天矿进入原小窑采空区时出现煤体自然发火。
随着煤炭资源整合重组，小窑自燃灾害日益凸显。
神东榆家梁煤矿小窑发火影响到铁路运输
我国煤层自燃的防治理论与技术围绕一个目标 和三个问题开展。
一个目标： 防止矿井自燃灾害的灾发生，对于已发生的火灾要防止
煤自燃自热期
• 经过准备期之后，煤的氧化速度增加，不稳定的氧 化物分解成水（H2O）、二氧化碳（CO2）、一氧化 碳（CO）。氧化产生的热量使煤温继续升高，超过 煤自热的临界温度（一般为60～80℃），煤温急剧 加速上升，氧化进程加快，开始出现煤的干馏，产 生芳香族的碳氢化合物（CxHy）、氢（H2）、更多 的一氧化碳（CO）等可燃气体，这个阶段为自热期。