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[摘 要]新岭煤矿现掘进开采的煤层属于旧区复采煤层，已施工掘进的21#、22#层煤自然发火情况严重，现结合我矿近年来各掘进工作面相应地点发火实际情况，总结分析发火预兆，并有针对性地采取相应措施进行火区超前预判、达到火区超前治理目的。
[关键词]复采煤层自燃 发火征兆 超前预判
中图分类号：P618.11文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0016-01
我矿现施工掘进及开采的21#、22#层煤在日伪时期及建国初期被多个小井开采多年，因煤层赋存较浅且采动后顶板裂隙发达，对旧区残煤形成了较好的供氧条件，致使煤炭氧化、积热、自燃发火。对于我矿而言煤层自燃发火已成为制约我矿安全生产与发展的主要因素之一。煤层自燃发火是多方面因素共同作用的结果，究其发火原因复杂、治理难度大。通过连续5年对井下实际生产现场防火情况的总结与统计，达到对我矿煤层自燃发火的原因及规律进行分析总结，并针对这些原因提出以下几点预判方式，用于防治煤炭自燃发火的超前预判及治理工作，希望能够对兄弟单位有所帮助与启迪。
一、浅部复采煤层自燃发火规律
1、新岭矿复采煤层掘进工作面煤炭氧化自燃过程大体可分为三个阶段：
（1）低温氧化阶段：旧区浮煤氧化发热量很少，产生少量CO2、CO、水蒸汽。在5年内通过对多个工作面的不同高温隐患地点连续进行煤体施工探眼温度检查记录、统计与对比，排布出各隐患点时间与温度升高关系曲线，从而分析得到我矿复采煤层实际低温氧化上限基本维持在70℃-80℃之间。在这个温度以下时21#、22#层煤体自然氧化速率较低，煤体升温速率较其它阶段缓慢，积温发热时间相对其它阶段较长，温度增长较缓。对于不同的地质、供氧等条件都能够使该温度上限发生浮动。各矿各煤层要根据实际情况进行统计分析得出与自身相吻合的实际数据，才能够有效地进行预防发火。
（2）急速升温阶段：复采煤体内温度达到或超过低温氧化上限温度后，煤体温度上升急剧加速，达到干裂温度后继续升温至临界着火点。我矿通过对井下掘进场子前部旧区浮煤施工超前探眼后发现的残存高温点，进行了连续对温度、气体成分的检测，以此为依据进行推断我矿21#层煤从80℃升温至发火温度所需时间：在氧气供应充足、煤体松散干燥，氧化发热量积聚无法散发的情况下预计所需时间为6天。
（3）临界发火阶段：煤体达到临界着火点（根据地质及煤质情况不同，基本维持在300℃—350℃之间），且有氧气供应时煤炭发生自燃可见明火。
2、复采煤层原有火区生成原因分析
对于浅部赋存的煤层，因为距离地表较近，容易受到地面空气的渗透而满足供氧条件，在加上微量供氧条件下煤体氧化生成的热量无法被带走，极有可能形成高温隐患区段。针对浅部复采煤层而言这种情况尤为严重，首先煤层上部顶板岩石受采动影响垮落后生成大量裂隙，容易与地表形成连通通道，提高了上部地面对煤体内部的供氧能力。其次煤体因采动破碎后空隙率增加，受氧面积增加，氧化速率加快。这些外在因素都严重地加剧了复采煤层自燃发火的速率。为预防煤体自燃发火增加了难度。
新岭矿原有开采方式为露天剥岩开采，多年放炮破岩使煤层上部顶板岩石裂隙发育更加完全，并且因为裂隙发育过好致使在雨季阶段地表水能够很容易地通过裂隙到达煤层中进行渗透冲刷，在透水事故危害管理上，严重地阻碍了矿井的安全生产。旧区浮煤受到地表水体浇灌后，煤炭内部部分煤焦油等物质流失，致使煤炭内空隙率增加，吸附氧气能力增加，进一步强化了氧化发热能力，为煤体自燃埋下了祸根。
3、掘进巷道易自燃发火地点及原因
通过不断地对井下实际生产过程中的各个高温、发火隐患地点的现场观察、统计、分析，能够大致性地对复采煤层掘进工作面容易发火位置进行总结，有效地指导采掘工作面预防发火，尽早发现火情、超前治理。
易发火位置如下：
（1）原有旧巷变坡处、新掘巷道变坡处煤炭易发火。原因：由于巷道掘进期间，巷道变坡处易发生抽冒，风流经变坡点处形成漏风、供氧、存氧空间，回采后变坡处容易形成空隙区积存氧气使浮煤体氧化发热，热量积聚而导致自燃。
（2）旧巷上部破碎顶煤易发火。原因：由于旧巷上部煤岩层垮落，上部煤岩体形成通风裂隙，构成弱通风系统持续供风供氧，热量积聚容易自燃。
（3）复采区在掘进和采煤期间，向煤层上部假顶下破碎煤体供风供氧，容易使上部破碎煤炭自燃发火。
二、掘进巷道煤体自燃发火征兆
对于浅部复采煤层而言，煤体自燃发火并不是完全无迹可循，也是可以通过一些蛛丝马迹进行分析推断并求证的，下面就把我矿近年来一些生产实践中积累的比较容易被大家掌握接受的火区征兆统计如下：
1、探眼及工作面现场一氧化碳气体浓度严重超标
CO气体是作为煤炭自燃发火的标志性气体之一，是煤炭自燃发火的重要指标之一。在一些已明确的发火地点通过对CO气体浓度的明显变化能够较直观地表明煤体自燃发火程度。
但是并不能够单一地凭借CO气体进行煤炭早期发火预测，复采煤体存在少量CO气体也可能为原有已熄灭火区积存或其它地点延旧区旧巷流窜而来。所以如果掘进工作面发现有一氧气体超限要大胆分析、详细求证，只有这样才能够及早地发现火区、有效地控制并进行消除。
2、现场煤体及探眼内温度超标
根据煤炭氧化发热、自燃发火过程的三个阶段温度分类，能够精准有效地依据温度情况判定探眼及工作面周边煤炭是否发火及煤体现状。是发现火区的重要依据，但是温度这一指标一旦出现超标现象，就表明煤体内已经出现高温区或火区，温度这个指标即时性特别强。
这就要求我们必須严格落实施工超前探眼工作，通过对已施工的探眼检测内部温度能够有效地检测出发火点及高温点。
3、各项指标性气体检测超标
利用气相色谱仪分析C2H4和C2H6和C3H8等烯烃和烷烃气体情况，通过以上气体是否产生及含量判断分析取样点附近煤体内部高温点温度和煤炭燃烧情况。
C2H4的出现温度一般煤层都大于100℃。当检测到C2H4并排除C2H4为煤体内原有火区残留时，即可判定煤体高温点温度已达到100℃以上。在这种条件下就必须采区措施进行处理降温灭火，坚决不能够放任不管，任其继续升温氧化。
4、煤体干湿度超标
高温及发火地点附近煤体比正常时干燥，隐患点附近破碎煤体中可能存在灰质，淋水后干燥较快。这一条根据各个地点的煤质及地质情况所表现出的现场状态也不尽相同，但细心观察还是能够进行区分发现。
5、易发火地点煤体破碎、松软，可能存在空隙及储氧空间，局部煤质呈干燥粉状或煤焦状态。
三、浅部复采煤层自燃发火区域超前预判
1、采用煤层自然发火预测预报机制
根据煤氧化放热时产生的标志气体、温度等参数的变化情况，较早地发现自燃征兆，预测和推断自燃发展的趋势，超前判识自燃状态，对自然发火进行早期识别并预警。
现普遍使用的预报方法主要分为指标气体分析法、测温法、示踪气体法等。
我矿现通过采用束管监测系统与人工采样分析手段相结合的方式来获取各类指标气体浓度情况。通过对探眼内各气体浓度变化情况进行分析，推断前部煤体是否存在发火地点及隐患，达到超前预判目的。井下工作现场煤体及探眼、流水地点等采用测温法直观地显示煤体温度状态。按照规程内对探眼炮眼温度要求及时汇报处理。
2、对已知旧区旧巷等可能存在隐患的地点，进行施工超前地质防火探查钻孔，通过温度检查、气体成份浓度化验分析，进行防灭火预防及治理
如发现钻孔内温度过高、遇旧巷，就可以采取注粉煤灰、注水、注胶体等方式进行防灭火降温工作，严禁采用注阻化剂进行灭火处理。
3、采用煤层近距离自燃隐患点红外探测
红外探测技术可以用于地质构造、煤巷自燃火源的探测工作。通过横向、纵向探测从而交叉成像，确定高温发火区域位置。单地点勘测时比交叉勘测准确率降低。
[关键词]复采煤层自燃 发火征兆 超前预判
中图分类号：P618.11文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0016-01
我矿现施工掘进及开采的21#、22#层煤在日伪时期及建国初期被多个小井开采多年，因煤层赋存较浅且采动后顶板裂隙发达，对旧区残煤形成了较好的供氧条件，致使煤炭氧化、积热、自燃发火。对于我矿而言煤层自燃发火已成为制约我矿安全生产与发展的主要因素之一。煤层自燃发火是多方面因素共同作用的结果，究其发火原因复杂、治理难度大。通过连续5年对井下实际生产现场防火情况的总结与统计，达到对我矿煤层自燃发火的原因及规律进行分析总结，并针对这些原因提出以下几点预判方式，用于防治煤炭自燃发火的超前预判及治理工作，希望能够对兄弟单位有所帮助与启迪。
一、浅部复采煤层自燃发火规律
1、新岭矿复采煤层掘进工作面煤炭氧化自燃过程大体可分为三个阶段：
（1）低温氧化阶段：旧区浮煤氧化发热量很少，产生少量CO2、CO、水蒸汽。在5年内通过对多个工作面的不同高温隐患地点连续进行煤体施工探眼温度检查记录、统计与对比，排布出各隐患点时间与温度升高关系曲线，从而分析得到我矿复采煤层实际低温氧化上限基本维持在70℃-80℃之间。在这个温度以下时21#、22#层煤体自然氧化速率较低，煤体升温速率较其它阶段缓慢，积温发热时间相对其它阶段较长，温度增长较缓。对于不同的地质、供氧等条件都能够使该温度上限发生浮动。各矿各煤层要根据实际情况进行统计分析得出与自身相吻合的实际数据，才能够有效地进行预防发火。
（2）急速升温阶段：复采煤体内温度达到或超过低温氧化上限温度后，煤体温度上升急剧加速，达到干裂温度后继续升温至临界着火点。我矿通过对井下掘进场子前部旧区浮煤施工超前探眼后发现的残存高温点，进行了连续对温度、气体成分的检测，以此为依据进行推断我矿21#层煤从80℃升温至发火温度所需时间：在氧气供应充足、煤体松散干燥，氧化发热量积聚无法散发的情况下预计所需时间为6天。
（3）临界发火阶段：煤体达到临界着火点（根据地质及煤质情况不同，基本维持在300℃—350℃之间），且有氧气供应时煤炭发生自燃可见明火。
2、复采煤层原有火区生成原因分析
对于浅部赋存的煤层，因为距离地表较近，容易受到地面空气的渗透而满足供氧条件，在加上微量供氧条件下煤体氧化生成的热量无法被带走，极有可能形成高温隐患区段。针对浅部复采煤层而言这种情况尤为严重，首先煤层上部顶板岩石受采动影响垮落后生成大量裂隙，容易与地表形成连通通道，提高了上部地面对煤体内部的供氧能力。其次煤体因采动破碎后空隙率增加，受氧面积增加，氧化速率加快。这些外在因素都严重地加剧了复采煤层自燃发火的速率。为预防煤体自燃发火增加了难度。
新岭矿原有开采方式为露天剥岩开采，多年放炮破岩使煤层上部顶板岩石裂隙发育更加完全，并且因为裂隙发育过好致使在雨季阶段地表水能够很容易地通过裂隙到达煤层中进行渗透冲刷，在透水事故危害管理上，严重地阻碍了矿井的安全生产。旧区浮煤受到地表水体浇灌后，煤炭内部部分煤焦油等物质流失，致使煤炭内空隙率增加，吸附氧气能力增加，进一步强化了氧化发热能力，为煤体自燃埋下了祸根。
3、掘进巷道易自燃发火地点及原因
通过不断地对井下实际生产过程中的各个高温、发火隐患地点的现场观察、统计、分析，能够大致性地对复采煤层掘进工作面容易发火位置进行总结，有效地指导采掘工作面预防发火，尽早发现火情、超前治理。
易发火位置如下：
（1）原有旧巷变坡处、新掘巷道变坡处煤炭易发火。原因：由于巷道掘进期间，巷道变坡处易发生抽冒，风流经变坡点处形成漏风、供氧、存氧空间，回采后变坡处容易形成空隙区积存氧气使浮煤体氧化发热，热量积聚而导致自燃。
（2）旧巷上部破碎顶煤易发火。原因：由于旧巷上部煤岩层垮落，上部煤岩体形成通风裂隙，构成弱通风系统持续供风供氧，热量积聚容易自燃。
（3）复采区在掘进和采煤期间，向煤层上部假顶下破碎煤体供风供氧，容易使上部破碎煤炭自燃发火。
二、掘进巷道煤体自燃发火征兆
对于浅部复采煤层而言，煤体自燃发火并不是完全无迹可循，也是可以通过一些蛛丝马迹进行分析推断并求证的，下面就把我矿近年来一些生产实践中积累的比较容易被大家掌握接受的火区征兆统计如下：
1、探眼及工作面现场一氧化碳气体浓度严重超标
CO气体是作为煤炭自燃发火的标志性气体之一，是煤炭自燃发火的重要指标之一。在一些已明确的发火地点通过对CO气体浓度的明显变化能够较直观地表明煤体自燃发火程度。
但是并不能够单一地凭借CO气体进行煤炭早期发火预测，复采煤体存在少量CO气体也可能为原有已熄灭火区积存或其它地点延旧区旧巷流窜而来。所以如果掘进工作面发现有一氧气体超限要大胆分析、详细求证，只有这样才能够及早地发现火区、有效地控制并进行消除。
2、现场煤体及探眼内温度超标
根据煤炭氧化发热、自燃发火过程的三个阶段温度分类，能够精准有效地依据温度情况判定探眼及工作面周边煤炭是否发火及煤体现状。是发现火区的重要依据，但是温度这一指标一旦出现超标现象，就表明煤体内已经出现高温区或火区，温度这个指标即时性特别强。
这就要求我们必須严格落实施工超前探眼工作，通过对已施工的探眼检测内部温度能够有效地检测出发火点及高温点。
3、各项指标性气体检测超标
利用气相色谱仪分析C2H4和C2H6和C3H8等烯烃和烷烃气体情况，通过以上气体是否产生及含量判断分析取样点附近煤体内部高温点温度和煤炭燃烧情况。
C2H4的出现温度一般煤层都大于100℃。当检测到C2H4并排除C2H4为煤体内原有火区残留时，即可判定煤体高温点温度已达到100℃以上。在这种条件下就必须采区措施进行处理降温灭火，坚决不能够放任不管，任其继续升温氧化。
4、煤体干湿度超标
高温及发火地点附近煤体比正常时干燥，隐患点附近破碎煤体中可能存在灰质，淋水后干燥较快。这一条根据各个地点的煤质及地质情况所表现出的现场状态也不尽相同，但细心观察还是能够进行区分发现。
5、易发火地点煤体破碎、松软，可能存在空隙及储氧空间，局部煤质呈干燥粉状或煤焦状态。
三、浅部复采煤层自燃发火区域超前预判
1、采用煤层自然发火预测预报机制
根据煤氧化放热时产生的标志气体、温度等参数的变化情况，较早地发现自燃征兆，预测和推断自燃发展的趋势，超前判识自燃状态，对自然发火进行早期识别并预警。
现普遍使用的预报方法主要分为指标气体分析法、测温法、示踪气体法等。
我矿现通过采用束管监测系统与人工采样分析手段相结合的方式来获取各类指标气体浓度情况。通过对探眼内各气体浓度变化情况进行分析，推断前部煤体是否存在发火地点及隐患，达到超前预判目的。井下工作现场煤体及探眼、流水地点等采用测温法直观地显示煤体温度状态。按照规程内对探眼炮眼温度要求及时汇报处理。
2、对已知旧区旧巷等可能存在隐患的地点，进行施工超前地质防火探查钻孔，通过温度检查、气体成份浓度化验分析，进行防灭火预防及治理
如发现钻孔内温度过高、遇旧巷，就可以采取注粉煤灰、注水、注胶体等方式进行防灭火降温工作，严禁采用注阻化剂进行灭火处理。
3、采用煤层近距离自燃隐患点红外探测
红外探测技术可以用于地质构造、煤巷自燃火源的探测工作。通过横向、纵向探测从而交叉成像，确定高温发火区域位置。单地点勘测时比交叉勘测准确率降低。