易自燃煤层煤柱开挖防灭火技术概述

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1、易自燃煤层煤柱开挖防灭火技术概述第一章绪论1.1研究背景建国以来，煤炭一直以来都作为我国的主体能源。上世纪50年代，煤炭在我国能源消费结构中所占比例大于90%；随着大量油田的开发及石油在能源消费结构比例中的上升，60年代以后，煤炭所占消费比例有所下降，但是仍然占有75%左右的份额；直至上世纪末，煤炭在能源消费结构中一直稳定在70%左右[1]。虽然近两年煤炭行业的萎靡及大量直接燃煤对环境的污染已经引起政府部门对我国能源结构调整的思索，但鉴于对我国油田开发的研究及石油在能源供应方面的各种不利因素，因此，权威部门预测未来煤炭在国民经济发展中的地位将依旧重要[2]。2008年开始，

2、全国范围内采取有力措施推进煤矿企业兼并重组整合，特别是在煤矿大省山西，曾先后关闭了约1500个落后矿井，矿井总数由2600座减少到1053座。但是，原小煤矿采煤方法主要采用柱式开采体系，甚至是原始落后的峒式开采体系，由此造成水平划分和采区界限不明显、通风系统复杂、开采效率低、巷道问题突出、回采率很低(一般均为20%左右，甚至仅为10%)等问题，造成资源浪费严重。为改变这种落后局面、提高煤的回收率，整合后必须有计划、有步骤地进行整改，而回收残留煤柱是其中的重要内容。然而，我国煤层自然发火十分严重，已成为引起煤矿事故和灾难主要原因之一。根据对我国84个矿务局煤矿的统计，煤炭自燃

3、约占井下火灾的70%，自然发火严重的矿区达80%~90%。据相关资料统计，目前我国正在开采的煤层中，约50%左右有自然发火倾向，自然发火期最短的只有20天；国有重点煤矿中，存在自然发火倾向的矿井占55%，由煤自燃形成的火灾隐患约4000次、火灾约为360次，煤矿井下至今残存火区近800个冻结煤量达2亿多吨；全国已采综放面自燃火灾发生率为82.7%，其中采空区火灾占36.3%，巷道火灾占63.7%[3]。1.2国内外研究现状国内外学者多年来针对煤炭自燃进行了大量的研究，内容涉及煤自燃机理、煤自燃特性测试、煤自燃预测预报等。煤自燃机理研究方面，自十七世纪开始研究探索煤自燃问题以

4、来，人们从不同的角度提出了，不同的学说来阐述煤炭自燃，其中主要有P1oit和Berzeliu提出的黄铁矿作用学说、Potter.M.C于1927年提出的细菌作用学说、1940年前苏联学者特龙诺夫提出的酚基作用学说、自由基作用学说[11]、电化学作用学说[12]、氢原作用学说[13]、基团作用理论[14]以及煤氧化合学说[7]等十余种。煤氧复合学说[15]认为，由于煤在室温下首先与空气中的氧相互作用（物理吸附、化学吸附和化学反应）发生氧化自热，低温氧化并自动加速，当氧化产生的热量积聚又不能及时散发时就导致煤自燃。该学说已被广泛认同，一方面，煤氧复合作用学说阐述了煤自燃的主要参

5、与对象就是煤与氧，同时煤氧复合作用学说也基本涵盖了其他学说观点。酚基作用学说、自由基学说、黄铁矿学说等虽可解释一些煤炭自燃现象，但都具有片面性，煤氧复合学说在某一侧重面上的阐述。随着科学技术的发展，国内外学者通过不同的角度和方法对煤自燃的机理又进行了更为深入的分析研究，同时取得了很好的成果[16]。（1）采用热重-傅里叶红外煤自燃机理[17-19]。例如，舒新前等采用这种方法研究认为煤炭在低温氧化阶段遵从阿仑尼乌斯定律。（2）从煤的活化能入手研究煤自燃机理[17-20-22]。例如，TeVrucht采用FTIR检测脂类C－H吸收峰强度的变化计算出了煤氧反应的活化能和速度常数

6、。（3）从煤分子结构模型入手研究煤的自燃机理[23-28]，提出了不同的煤分子结构模型。例如，.C)提出细菌导因学说[15,17]。该学说认为，由于煤体中普遍存在细菌，细菌导致煤体发酵，同时放出一定热量，热量积聚使得煤体自燃。同时1951年，波兰学者杜博依斯(Dubois.R)等人在考察泥煤的自热与自燃时发现，随着煤体中微生物增长，煤体中通常伴有放热的生化反应。然而，英国学者温米尔与格瑞哈姆(Graham.J.J)在实验室研究表明，真空中处于100℃容器中长达20h具有强自燃性的煤体，虽所有细菌都已死亡，但煤的自燃性并未减弱，因此，细菌作用学说无法解释煤的自燃机理。.2.2

7、煤层开采由于我国煤层赋存条件多种多样，其中国有重点煤矿缓斜、倾斜和急斜煤层可采储量分别占86.3%、10.1%和3.6%，这种煤层多样的赋存条件导致我国采煤方法必然是多种多样的[58]。20世纪中期，我国采煤方法主要分无支撑的穿酮式和高落式回采两种，随着截煤机和刮板输送机的使用，逐渐形成了以长壁式为主的采煤方法。1964年，浅截式滚筒采煤机在我国成功使用。1977年，随着煤炭需求量的增大，我国逐渐应用倾斜长壁采煤法、无煤柱沿空留巷采煤方法、水力采煤、柔性掩护支架采煤法等方法采煤。20世纪80年至今采，普通机械化采煤