为何有些地下煤田会发生自燃而且难以扑灭？ 地下的煤层为什么会燃烧
[天外飞仙] 易自燃煤层火灾原因分析与综合防治技术实践
时间：2008年8月4日
摘 要：通过对义马煤田易自燃煤层发火机理及原因的分析，探索和开发研究煤层火灾防治技术，形成一套易自燃煤层综合防治体系，为保障矿井安全、实现高产高效提供可靠保证。
关键词：易自燃煤层；发火原因；防治技术
1 煤层基本概况
义马煤田的开采煤层为中生界侏罗系下侏罗统煤层，煤层地质构造比较简单，赋存条件较好，煤层倾角6°～14°，煤层较厚。煤种为长焰煤，不粘结，中等硬度，极易风化成粉末。下侏罗统含煤共5层，各煤层均有自然发火倾向，发火期1个月，最短只有8 d，煤层自然发火问题比较严重。煤层瓦斯涌出量较小，煤尘具有爆炸危险，爆炸指数为44．7％～51．8％。
2 煤炭自燃机理和条件
根据我国煤炭自燃倾向性分类，义马煤田的煤层属容易自燃煤层(工类)。自然发火的决定因素是发火地点存在低温氧化的浮煤、碎煤，同时向它供有足够的氧气以及煤炭氧化时有蓄热准备条件。自然发火的实质是煤炭自身与空气中的氧气接触，产生氧化反应所致。氧化是煤炭自燃的主要原因。煤炭在井下大气的常温和常压条件下，遇空气中的氧气，便产生表面吸附作用，使煤炭进入低温氧化阶段，此阶段中发热量很少，能出现一些不稳定氧化物的最后产物——C02、CO、水蒸汽；如果热量不及时扩散，逐渐积蓄，大于煤体向周围介质散失的热量，煤炭温度继续上升，称为自热，待煤炭温度上升到某一极限值(一般为70—80℃)时，煤体温度上升急剧加速，达到临界着火点时，便发生煤炭的自然发火。
3 煤炭自然发火的规律及其成因分析
针对义马煤田的生产技术因素，我们通过对煤层自然发火几率分析可以看出，发火的原因是多方面的：巷道布置不合理、煤柱受压破碎、浮煤护顶较多、地质因素、漏风、冒顶及通风设施管理不善、生产管理不善等。煤炭自然发火的规律及其成因分析如下。
3．1 两道两线处煤炭易自燃(指采煤工作面上、下巷，开采线，停采线)
(1)上、下进回风巷煤炭易发火。①巷道变坡处煤炭易发火。由于地质因素，巷道掘进期间，巷道变坡处易发生冒顶，或者棚梁上浮煤堆积，风流经过变坡点处形成漏风供氧，使棚梁上的松散煤体升温，热量积聚而导致发火。②与相邻巷道交叉处煤炭易发火。由于工程设计原因，工作面上、下巷道与相邻巷道垂直上、下交叉，交叉巷道布置在一层煤中，交叉间距小，致使2条巷道间产生漏风，引起煤炭自燃。③护巷煤柱易发火。留设煤柱保护区段巷道时，在采动压力的作用下，煤柱被压裂、破碎、坍塌，再加上工作面端头回柱后，冒落不彻底，留下漏风通道，容易引起煤炭自燃。④分层巷道假顶内煤炭易发火。分层巷道采用内错式或重叠式布置时，除第一分层外，各分层都是在假顶下掘进。因而在第二分层及其以下的分层巷道掘进和采煤期间，都会向上一分层采空区漏风，使上分层采空区中的遗煤自燃。⑤综放工作面上、下巷顶煤易发火。由于综放工作面开掘巷道，沿煤层底板掘进，造成巷道顶煤开裂冒落，形成巷道为主通风系统，冒落处为弱通风系统。
(2)停采线处易发火。在开采下部分层时，上部分层的停采线遗煤容易自然发火。同时在工作面开采过程中，还可能引起本分层或上部分层的相邻采空区停采线浮煤自燃。停采线是压差最大的漏风通道，若两端都由密闭墙封闭不严，停采线处煤炭易于自然发火，特别是在厚煤层分层开采时，表现更为突出。
(3)开采线(切眼)处易发火。①分层开采切眼处。开切眼积存浮煤的情况与停采线大致相同。因此，如果相邻的工作面进、回风巷向采空区的开切眼漏风，则该处易发生煤炭自燃。②综放开采开切眼处。由于综放开切眼托顶煤较厚且开切眼宽度大，支护不当或安装支架抽棚梁时，易造成冒顶现象，加之综放支架重，安装速度慢，时间长，往往造成支架刚安装完毕，就发生煤炭自燃发火。
3．2 采煤面采空区遗煤，上下隅角处易发火
(1)由于地质条件变化或设备等原因，造成工作面推进速度慢，当工作面推进度低于采空区遗煤氧化升温带宽度时，氧化升温带内煤炭氧化蓄热，煤体存留时间可能超过自然发火期而出现自燃。
(2)采煤工作面上下隅角在回柱时，上巷上帮、下巷下帮塌落不实，易形成三角区漏风通道；上下隅角处于漏风源点、汇点；上下隅角易堆浮煤；综放工作面上下端头放煤不彻底，丢下大量遗煤，为煤炭自然发火提供了物质条件。
3．3 巷道冒顶处、断层附近煤炭易发火
巷道冒顶处，正常风流冲刷不到冒顶深部，煤炭氧化热量易于积存，易自然发火；断层附近易于造成冒顶，加之处理不及时，巷道支护“软关门”，易发生自然发火。
4 易自燃煤层火灾综合防治技术
4．1 预防性灌浆预防煤层自燃技术
灌浆防灭火是义马矿区最基本的防治措施，主要有采后密闭灌浆、随采随灌、巷顶插管注浆等形式。当工作面回采结束后，在工作面胶带巷、运输巷口修建永久密闭，利用密闭前铺设到停采线的灌浆管实施封闭注浆，间歇充填，灌浆量以黄泥接实巷顶为准。
对于分层开采并有下分层的采煤工作面，必须对采空区随采随灌黄泥浆，每天至少一班向采空区灌浆，以湿润包裹采空区遗煤，防止遗煤氧化积热，灌浆实行少量多次的方法，每次注浆量以工作面出浆水为止。
对于工作面上下巷道顶部留有煤皮或冒顶空洞的地方，多采取巷顶插管注浆措施。对冒顶空洞，采用人工直接下人注浆管；无冒顶地段采用钻机打钻孔下入注浆钢管，注浆管一般采用40mm的无缝钢管(前端为多孔花管)，下管长度一般不低于3m，钻孔角度45°，孔间距4m.
4．2 低风量稳定风流供风防治技术
对于正常回采期间，合理控制工作面风量，采取低风量供风。采用“U”型通风的工作面，降低供风量是压缩采空区氧化带宽度，防止采空区遗煤自燃的手段之一。根据工作面瓦斯绝对涌出量，在满足人员呼吸、有害气体浓度、温度不超限的情况下，采用低风量供风；同时加强工作面通风设施管理，保证风流、风量稳定，避免风量忽大忽小，使采空区遗煤连续氧化，蓄热升温，而引起煤炭自燃。
4．3 压注化学凝胶及胶体泥浆防治技术
义马矿区引进并推广了化学凝胶防灭火技术。它是目前矿区处理高温点、封闭堵漏的主要手段。制取化学凝胶的原料是水玻璃和碳酸氢铵(促凝剂)。水玻璃含量3％～9％，碳酸氢氨含量2％～4％，通过2台注胶泵用三通与钻孔注管联通压注。成胶时间与促凝剂的含量成正比关系。
在需要大量快速充填空洞时，往往采用胶体泥浆(阻化泥浆)，胶体泥浆的制取主要是利用地面灌浆站向井下输送水玻璃，井下加入促凝剂。
4．4 压注增稠泥浆和聚氨酯喷涂防治技术
(1)压注增稠泥浆，降低采空区遗煤温度，杜绝注浆脱水影响支架拆除现象的发生。距停采线40～50m，在上拐头逐步压人长度分别为40 m、30m、20m的注浆钢管，停采后注入增稠泥浆(增稠剂在地面注浆站，以注浆水的0．3％比例加入)，以降低采空区遗煤温度。增稠剂为白色粉末状高吸水材料，吸水倍率100—180倍，能有效地将浆水固定在采空区范围内，杜绝注浆脱水影响工作面支架拆除现象的发生。
(2)聚氨酯隔风喷涂技术在义马矿区主要用于工作面拆除支架期间，喷涂工作面架顶及架后，封闭架顶碎煤及架后采空区遗煤的供氧通道。聚氨酯喷涂所用原料，以异氰酸酯为一组份(黑料)，其他如多元醇聚醚、催化剂、阻燃剂、发泡剂等合在一起为一组份(白料)。使用时，将黑白两料等，搅拌均匀，可在几分钟内制得聚氨酯泡沫制品。因聚氨酯涂料发泡倍数高达20—25倍，并且有很强的粘着力，其以液体状态喷射粘附在架缝表面，在膨胀发泡过程中，靠膨胀力挤压进入所有漏风的空隙，堵漏效果良好。
4．5 采空区压诖与汽雾喷洒阻化剂防治技术
阻化剂采空区防灭火在义马矿区的应用分为2种方式：一是利用地面水源连通自制的ZHI—Ⅲ型阻化剂加入装置，通过注液枪(前端为花眼钢管)向采空区压注阻化剂，阻化液含量一般为10％～20％，此种方式不需电源，阻化液浓度易控制；另一种是将阻化剂和水按比例(10％一15％)配成溶液，通过高压泵、汽雾发生器(喷嘴)将其雾化，在工作面下拐头以漏风为载体，将汽雾阻化剂带入采空区煤体表面，延缓煤的氧化过程，常用的阻化剂有CaCl2、MgCl2等。
4. 6 充填复合凝土防治技术
对冒顶区长、冒顶高、范围大的地带，充填复合凝土。复合凝土成分组成：固化剂15％、水50％、黄土35％，固化凝结时间3～8 min。充填工艺为：将复合凝土原料(地面有加工厂、袋装)加入充填机中，调节好进水量，在充填机旋转下形成含固化剂15％、水50％、黄土35％的稠浆液，经高压泥浆泵充填钻孔进入高冒区3—8min后，凝结成复合凝土。
4．7 上下隅角遗煤自燃防治技术
在工作面上下隅角设置看火工，每班在采面拉架放顶之后，用长枪头(15mm钢管端头缩口成尖)洒水降温，使上隅角内放下的煤始终处于湿润和低温状态；在下隅角附近(进风侧)后输送机头以里设置1道常开水幕，增加隅角漏风的湿度，延长隅角附近煤的自然发火期。采用临时密闭和凝胶充填相结合的方法，隔绝采空区漏风，处理下隅角高温点。在下巷转载机机尾之后，上接过渡架下帮，下接下巷下帮煤壁建1道临时密闭墙，墙处打上防倒戗柱。从墙外向墙内巷顶及过渡架尾梁之后打钻下注浆管2组，深度分别为4m、2m。利用地面注浆系统注入低浓度化学凝胶，胶体从巷道顶板煤缝及过渡架尾梁处挤出停止。随工作面推进，每隔5m建1道密闭墙，充堵1次凝胶，直到测不出CO为止。
4．8 巷道背板抹泥和喷射混凝土防治技术
受煤柱集中压力和回采动压影响，上下顺槽压力显现严重，支架上浮煤堆积严重。为此，改变支护方式，一是巷道顶板背设由原来的荆芭、椽子改变为木反背设，而后抹泥封闭；二是巷道掘进50m，在原有支护断面上喷射混凝土，掘进、喷射循环进行，大大减少了巷道煤体扩散漏风。
实践证明，在义马煤田易自燃煤层进行开采，汁对煤层发火原因的不同，采用不同的防治手段 和方法，完全可以保障安全生产。
参考文献：转载
挖煤的时候，进去的空气。
由于地质条件变化或设备等原因，造成工作面推进速度慢，当工作面推进度低于采空区遗煤氧化升温带宽度时，氧化升温带内煤炭氧化蓄热，煤体存留时间可能超过自然发火期而出现自燃。
(2)采煤工作面上下隅角在回柱时，上巷上帮、下巷下帮塌落不实，易形成三角区漏风通道；上下隅角处于漏风源点、汇点；上下隅角易堆浮煤；综放工作面上下端头放煤不彻底，丢下大量遗煤，为煤炭自然发火提供了物质条件。
地下的煤层为什么会燃烧~
地下煤层的自燃有两个原因，一个是内因，即煤自身引起的。因为煤的主要成分是炭，和空气接触时氧化，氧化时散发热量，若此时空 气流通，热量就会很快散失。一旦空气不流通，热量聚集到一定程度，煤层就会自燃。另一个引发煤层自燃的原因可能是由于矿井下电线短路引起的，电火花点燃瓦斯，然后使整个煤层自燃。不过，煤层自燃最关键的问题是空气流通。如，地下废矿区，那里的空气不流通，以前剩下的煤逐渐氧化，产生的热量无法散发，最后只能导致煤炭自燃。 天山南北坡的煤层自燃大都是这种情况。一般的地下煤层自燃面积比较大，很难控制。
望采纳
新疆煤田大火自古至今一直在燃烧。
新疆有“一白一黑”之说，“白”的指的是棉花，“黑”的则指的是煤炭。新疆煤炭储量十分丰富，其预测储量达1800亿吨，占了全国预测储量的40.6%。而新疆煤田火灾也十分严重，火区的面积之大，分布之广，燃烧历史之长堪称世界之最。目前，新疆依然有35处煤田火区，其中重点火区就有8个，一般火区27个，活火区面积825万平方米，已烧掉了31亿吨，每年就白白烧掉1000万吨。
硫磺沟火区则居新疆8大重点火区之首。硫磺沟之所以得名，则因其煤区自燃而析出大量的结晶硫磺而名沿至今，自清代光绪年间至今，硫磺沟煤田便“裂隙纵横，浓烟弥漫，岩隙间火焰呼呼，经年不绝”，自1874年有历史记载以来，硫磺沟南北12公里、东西10公里的煤区就大火不止，烧了整整129年，有数字表明，在这百余年间，就一共烧了2.4亿吨煤炭。每到傍晚，你便可以发现在那跳跃的蓝色火苗中还拌着黄绿色和橘黄色，布满了硫磺沟的沟沟岭岭。
新疆昌吉硫磺沟，地处南山山系，总面积574平方公里，海拔1232米，是南北疆的交汇处。它距乌鲁木齐40余公里，由乌市出发，经吐乌大公路西行，由亚心村处进入南山道，即可到达。硫磺沟距昌吉市32公里，从昌吉市出发，沿乌伊公路14公里处向南，经八一钢铁厂驶入谷地过山口,过头屯河水库，再往南行三公里,即驶入硫磺沟镇。硫磺沟在新疆久负盛名，但并不因为它的独特景致，而是因为它的百年煤火。
硫磺沟是南山山区中产煤量最为丰富的沟，探明储量达15亿吨，但该地的地下煤火一直都处在自燃状态，硫磺沟煤田火区面积达184万平方米，每年要烧掉176万吨煤，按当前可比价格计算，每年损失1．7亿元。对于煤田开发而言，这笔损失极其巨大。
起火原因
新疆煤田发火的原因不外有三：其一，天山是地质活动较为剧烈的地区，埋在地层中的水平煤层经过多次地质运动大多变为倾斜煤层，煤层露头多，暴露的煤层与空气中的氧接触，产生氧化作用，积热增温，温度达到燃点时煤层自燃，形成煤田火灾；其二，历代小煤窑不规范的开采，工艺落后，无防火措施，着火就走，走了又开新井，着火又走，酿成大面积煤田火灾；其三，新疆属大陆性气候，干旱少雨。以至新疆煤田火灾连连不止。
其实，地下煤层燃烧是全球性的灾难。环顾全球各个地区，人们会发现：地下煤层在肆无忌惮地熊熊燃烧，数以万吨的烟灰、有害气体被排放到空气中。几乎世界上所有的产煤国都不同程度地存在着地下煤层燃烧现象，其中以中国、印度、印度尼西亚的形势最为严峻。而像美国的科罗拉多州和宾夕法尼亚州的地下煤田大火虽然不像上述国家那样，但也都燃烧了几十年。
在美国的16个州中，有260处地下煤田在燃烧，它们有些发生在废弃了的矿井中，有的发生在还未开采的露天煤田中。美国宾夕法尼亚州的塞特利亚煤田大火从1962年5月开始一直燃烧至今，已经烧了41年，这也是全美最严重的煤田大火之一。大火的起因很简单，是人们将一个废弃的露天煤矿当成了非法垃圾倾倒点，而市政当局在此焚烧垃圾，由此引发了火点，火势顺着煤层一直燃烧，延伸到塞特利亚地下煤田。煤田大火带来的浓烟和有毒气体，迫使当地镇上的1100多名居民纷纷搬离家园。该州的扬斯敦镇也存在着同样的情况，珀塞煤田大火已燃烧了30多年。
火灾危害
煤田大火的火势一旦失去控制，将会燃烧几十年甚至几百年，在燃烧过程中向空中排放出大量的温室气体、有毒气体和烟尘颗粒。来自荷兰的科学家对中国地下煤田大火对周围环境的影响进行了考察，测出煤田大火每年向空气中排放出的二氧化碳达3．6亿吨，约占全球二氧化碳年排放量的2％至3％。虽然科学家们没有对所有煤田大火中二氧化碳的排放量做出具体的测量结果，但是毫无疑问，产煤国中大规模的煤田大火是导致全球和地区气候变化的主要原因之一，同时也是造成环境污染和呼吸道疾病的罪魁祸首之一。
由于硫磺沟正处乌鲁木齐的“上风口”，其燃烧释放的大量有害气体和粉尘，如一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮、硫化氢等，成为乌鲁木齐三大环境公害的首当其冲者。硫磺沟每年自然燃烧掉的煤炭就有176万吨，根据煤炭不完全燃烧的理论计算，释放出的近10.8万吨的有毒有害气体及近1吨的粉尘，飘到了乌鲁木齐上空，使乌鲁木齐人饱尝了有毒有害气体和粉尘毒害之苦。这些煤田火区的生成物，在低空造成有害气体严重超标，在中空对流形成大范围的酸雨，在高空破坏了臭氧层。由于硫磺沟火区百余年的自燃，当地的土壤和植被也遭涂炭，在火区记者看到的是地表形成的大片大片的焦土和烧变岩，地面裂缝和塌陷坑随处可见。5号火区，就留下了有2个足球场那么大的塌陷坑，森林也被烤焦枯死，远远望去，山岭间光秃秃的看不到一棵树。就这样，硫磺沟煤田火区已烧毁了草场220万平方米，周围居民也不得不被迫迁走。而煤炭中的金属和非金属元素经过高温燃烧造成酸碱性化合物，对火区附近的地表水和浅层地下水造成了严重的污染，改变了水质，使重炭酸型的甜水变成了氯化物型的咸水或硫化物的苦水。
扑灭新疆的煤田大火，一直受到领导的关怀，而新疆硫磺沟煤田大火，更是牵动着几代领导的心，几代领导人都关注着这里的火情。周宰相就曾批示道：“要摸清新疆煤田火灾，针对不同情况采取措施。”1999年，“新疆硫磺沟煤田火区灭火工程项目”正式立项，朱宰相专门从“救灾专项基金”中，拨了9000万元，地方配套872万元，用于新疆硫磺沟煤田火区的灭火。并且，立下军令状，限期于2003年底前必须扑灭硫磺沟煤田火区的矿火。
乌鲁木齐克拉玛依东路上有一栋6层的小楼，无论它的外观，还是它的结构，在现代化的乌鲁木齐市政建设中，根本挂不上号。但就是这栋小楼的机构——新疆煤田灭火工程处，却是周亲切关怀下成立的。1958年组建以来，战风沙，斗酷暑，转战天山南北，先后扑灭了17处矿井和煤田火区。特别是被国外媒体称为是无法扑灭的新疆奇台北山火区、乌鲁木齐铁厂沟火区、阜康白杨河火区、小黄山火区和小龙口火区等五大重点火区。保护了近300亿吨的煤炭资源。昔日的火焰山，如今变成了平川和绿地。
硫磺沟火区最深的燃烧层达215米，燃点最高的实测温度达到了1290℃。
为了根治硫磺沟火区的矿火，新疆煤田灭火处的科技人员总结出了一整套符合我国煤田灭火行之有效的方法，包括剥离、打钻、注水、注浆和黄土覆盖在内的5道工序：先由推土机把火区作业面推平，实质上是“愚公移山”，削掉一个个山头，使之有一个良好的工作面，然后用水管往火区注水。待温度降到70度左右后，再开始用钻机往地下火源上钻孔。紧接着，往钻孔里灌黄土泥浆，用泥浆把地下裂隙堵住，隔绝火源和空气的接触。最后一道工序是在地表上覆盖一层厚厚的黄土，以彻底使煤层脱离氧气。但当地的土很难用得上，因为，大部是沙质土，空隙大，隔绝空气的性能差，只能一卡车、一卡车从别的地方把黄土运来。工程人员为扑灭大火，共完成剥离平整133.65万立方米、钻探39437.09米、注水279.05万立方米、注浆193.82万立方米、黄土覆盖272.73万立方米，超额完成了设计工程量。
他们在完成硫磺沟煤田火区扑火任务后，又要马不停蹄准备挺进南疆。南疆缺煤，但阿克苏地区的铁热克煤矿煤田大火却燃烧了28年。面对这一困扰自治区煤炭工业和造成污染环境多年的老大难问题，近日投入了9348．57万元资金，将对其进行彻底扑救治理。
铁热克煤矿煤田燃烧最早发生在1975年，到1986年已形成大面积的地下火海。在2000年制定的《新疆煤田火区治理规划》中，扑救治理该矿已是其中的内容之一。但是，由于当时资金和技术上都存在着一定的困难，问题一直拖延到现在，明火区面积已接近百万平方米，并严重地威胁着615.16万吨的原煤。新疆自治区煤田灭火工程处，已经决定计划用三年时间扑灭铁热克煤矿煤田大火。
如今，硫磺坡煤田山坡上已经长出了长长的青草，谁想得到，几年前这里还是一片火海。
硫磺沟位于新疆的南北疆交汇处，距乌鲁木齐约40公里。硫磺沟绵绵百余里，如诗般镌刻在卡拉扎祖山，是我国最长的侏罗系山脉．地质构造对研究天山的隆起过程、新构造运动以及第三纪地层和古环境具有很高的价值。硫磺沟充满了魔幻的色彩，是色的海洋，赭红中夹杂黄白黑绿等色，泛起眩目的浪花；硫磺沟是自然的造型师，处处都是‘天然雕塑’，成就了犬牙交错的铮骨豪情，远望近观，悠悠景致，每每可收。
相关要点总结：
13771315013：为什么地下煤层会自燃?
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13771315013：煤田的火区是怎么回事?
阎勤答：称为煤田。泛指大型煤矿。火区是自燃煤，由于当时沉积环境相当好，煤层的厚度大，优质，在干燥的气候下，地下煤层产生了自燃现象，有的长达几年甚至几十年的自燃，人类想尽办法都无法熄灭，这是因为优质煤里所含的可燃气体挥发出来，由雷电引起的。至于相关知识，不知道你是指的哪一方面的。
13771315013：急急急!!!关于煤炭自燃的问题?拜托了各位 谢谢
阎勤答：火力发电厂需要大量储煤，以确保正常生产的需要。但煤通过长期的堆积和时间磨合，会慢慢的产生氧化反应而发热，这样就导致煤的温度逐渐升高，并且自然起火。不仅造成一定经济损失，而且也容易引起火灾。如何有效的防止火灾发生、保证贮煤安全，对企业安全生产和经济运营至关重要。1、煤自燃的原因通过长期的堆积...