煤層自燃是指在煤田邊緣的淺煤區(qū)部分地段和部分礦井采空區(qū)中出現(xiàn)的煤層自發(fā)燃燒的現(xiàn)象，危害重重。那么要怎樣才能防止煤層自燃呢？下面佰佰安全網(wǎng)來普及下這方面的地質(zhì)災(zāi)害小知識。

什么是煤層自燃？

暴露在空氣中的煤，由于氧化放熱導(dǎo)致溫度逐漸升高，至70～80℃以后溫度升高速度驟然加快，當(dāng)達(dá)到煤的著火點(diǎn)（300～350℃）時，引起燃燒，這種現(xiàn)象稱為煤層自燃。

煤層自燃條件

煤體要發(fā)生自燃必須具備以下四個條件：

①具有低溫氧化性，即有自燃傾向的煤以破碎狀態(tài)存在；

②有大于12%氧含量的空氣通過這些碎煤；

③空氣流動速度適中，使破裂煤體有積聚氧化熱的環(huán)境；

④在上述3個條件同時具備的狀態(tài)下，持續(xù)一定的時間，使煤體可以達(dá)到著火溫度。

只要同時具備上述4個條件，煤炭自燃發(fā)火即可發(fā)生。但實(shí)際中很難找出某兩次煤炭自燃發(fā)火的發(fā)生條件是完全相同的。這樣，對煤炭自燃發(fā)火的條件就很難作出定量分析。

煤自燃的不同階段

（1）水吸附階段。與其他階段不同，這個階段只是個物理過程，煤與氧不會發(fā)生反應(yīng)，煤吸附水雖不是煤自燃的根本原因，但他對煤自熱，特別是低品級的煤自熱有重要影響。當(dāng)水被煤吸附時會放出大量熱，即潤濕熱。所以，多數(shù)情況下該階段對煤的自燃都起著關(guān)鍵作用。

（2）化學(xué)吸附階段。煤自燃過程首先在這個階段發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。該階段的反應(yīng)溫度為環(huán)境溫度至70℃。這伸過程中煤吸附氧氣會產(chǎn)生過氧化物，因而叫做化學(xué)吸附階段?；瘜W(xué)吸附階段煤重略有增加，并產(chǎn)生氣體，其中的CO可作為標(biāo)準(zhǔn)氣體，通過監(jiān)測CO濃度可對煤的自燃進(jìn)行早期預(yù)報，化學(xué)吸附階段需要少量水參加反應(yīng)。根據(jù)煤的品級和類型不同，化學(xué)吸附的放熱量在5.04～6.72J/g之間變化。若煤溫達(dá)到70℃時會分解，煤重隨之在幅度下降，甚至比原始煤重還要輕。煤中水汾的蒸發(fā)可帶走一些熱量，該過程產(chǎn)熱量晨16.8～75.6J/g間變化。若煤氧化進(jìn)行到這個階段，想使其不自燃是非常困難的。

（3）煤氧復(fù)合物生成階段。該階段生成一種穩(wěn)定的化合物，即煤氧復(fù)合物。其反應(yīng)溫度范圍為150～230℃。產(chǎn)生的熱量25.2～003.4J/g。這個階段煤重又有所增加，煤氧化進(jìn)行到這個階段必然發(fā)生自燃。

（4）燃燒初始階段。這是煤氧復(fù)合物生成階段到煤快速燃燒階段的過渡時期，煤溫達(dá)230℃時，煤氧化可進(jìn)行到個階段。此時煤的反應(yīng)熱為42～243.6J/g。這些熱量使煤迅速上升促進(jìn)了煤的快速燃燒。

（5）快速燃燒階段。這是煤自熱的最后階段，它描述了煤的實(shí)際燃燒過程。依氧氣供應(yīng)充足與否，這個階段可能發(fā)生干餾、不完全燃燒或安全燃燒。如果燃燒充分，其反應(yīng)熱等于煤的發(fā)熱值。

煤的自熱影響因素

煤質(zhì)

煤質(zhì)本身對煤自熱敏感性有顯著的影響。

（1）煤的品級。煤的品級表明了煤的變質(zhì)程度，常用揮發(fā)分含量和含煤量表示。品級低的純煤自熱熱敏感性高，而且，隨著煤的品能升高其自熱敏感性下降。因而，干燥褐煤最易自熱而無煙煤幾乎不自熱。但含有大最水分的褐煤較純褐煤不易自燃。

（2）煤的水分含量。煤中水分的含量對煤的自燃性有很大影響。水分含量達(dá)飽和的煤，特別是在水分含量高的褐煤和次煙煤被開采和干燥前，煤體不再吸附水分，因而不能放出潤濕熱。煤氧化放出的熱量通常使內(nèi)在水分溫度升高。另一方面，自熱時的化學(xué)反應(yīng)需要有少量的水分參加。低口級煤水分含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于化學(xué)反應(yīng)的需要量。因而，對低品級煤來說，水分實(shí)際上是煤自熱的阻化劑。

（3）礦物質(zhì)。煤中的礦物成分也叫灰分。它可與氧反應(yīng)放熱增加煤溫，而且使煤分解以增加煤與空氣接觸的表面積，如黃鐵礦，它可以吸收氧化反應(yīng)放出的部分熱量降低煤的氧化反應(yīng)進(jìn)程；煤的高灰分使單位質(zhì)量的氧化熱降低。

開采和貯運(yùn)的環(huán)境因素

環(huán)境因素對煤自熱的影響為：可使煤的水分含量發(fā)生變化；改變煤氧接觸條件：使生產(chǎn)成的熱量擴(kuò)散。可分為：

（1）地質(zhì)因素。斷層和裂隙有利于空氣和水分與煤接觸。因而散熱沒有明顯增加，卻增加了煤發(fā)生氧化的機(jī)會和水的吸附。也就是說斷層和裂隙增加了煤自燃的危險性。埋藏深的煤層地面漏風(fēng)較少。采空區(qū)遺煤（特別對于厚煤層）因不能完全回采而增中了煤的自燃危險性。

（2）開采因素。開采因素對煤自燃的影響主要有2個方面，即通風(fēng)和煤破碎，沒有通風(fēng)或通風(fēng)充分的地方，煤自燃的可能性較低。而通風(fēng)不充分地方煤自燃的可能性較大。裂隙漏風(fēng)是不充分漏分，它創(chuàng)造了煤進(jìn)一步氧化的條件，而散熱條件并未被改善。所以，任何漏風(fēng)對煤炭自燃來說都是很危險的。

（3）貯運(yùn)因素。在貯存和運(yùn)輸過程中，影響煤自燃的因素要為通風(fēng)不充分和干燥的低品級煤因雨淋和噴灑水產(chǎn)生潤濕熱。

煤層自燃的危害性

一、產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w，導(dǎo)致溫室效應(yīng)。二氧化碳對太陽輻射（包括可見光、紅外光和紫外光等）的吸收能力很強(qiáng)，吸收后轉(zhuǎn)化為熱能。 散失熱能的能力不強(qiáng)，因而在地球周圍猶如形成一個玻璃溫室，稱為“溫室效應(yīng)”。由于二氧化碳等引起的“溫室效應(yīng)”，使全球氣候明顯變暖?？茖W(xué)家預(yù)測，到下世紀(jì)中葉，地球表面平均溫度將上升1.5～4.5℃，從而導(dǎo)致南北極冰雪部分融化。加上海水本身熱膨脹，就會使世界海平面上升25～100厘米，一些地勢低洼的沿海城市將葬入海底。地球上的許多平地將被淹沒，數(shù)億沿海居民將被迫遷居。同時地球變暖將使不少國家和地區(qū)干旱少雨，蟲害增多，農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。

二、產(chǎn)生大量的有害氣體。煤中含有硫，在燃燒時會導(dǎo)致產(chǎn)生大量的二氧化硫，當(dāng)大氣中的二氧化硫與氮氧化物遇到水滴或潮濕空氣即轉(zhuǎn)化成硫酸與硝酸溶解在雨水中，使雨酸化，這種雨稱為酸雨。

三、產(chǎn)生大量的粉塵，污染環(huán)境、危害健康。在一些城市還有許多煙筒里冒出黑色的煙霧，或扶搖直上，或盤旋繚繞。人們形象地稱之為“黑龍”，“黑龍”的真面目是煙塵，是燃燒不完全的小小黑色碳粒。一般煤燃燒后約有原重量的1／10以這種煙塵排入大氣。粉塵的顆粒大小不等。顆粒較大的、直徑在10微米以上，因?yàn)橹亓枯^大能很快降落到地面，被稱為落塵。顆粒較小的、直徑在10微米以下，其中有些比細(xì)菌還小，它們長時間在空中飄浮，就把它們叫飄塵。飄塵對人體危害更大。

如何治理煤層自燃？

煤炭自燃初期的識別方法有直接感覺、測定礦內(nèi)空氣成分的變化、測定圍巖溫度、測定煤炭氧化速度四類。其中測定礦內(nèi)空氣成分的變化，是早期識別和預(yù)報自燃火災(zāi)應(yīng)用最廣、而且比較可靠的方法。

采用氣體分析法，掌握礦內(nèi)空氣成分的變化，識別和預(yù)防自燃火災(zāi)的主要內(nèi)容是測定空氣中的一氧化碳、二氧化碳、乙烯氣體。根據(jù)一氧化碳濃度、或一氧化碳絕對量、乙烯濃度、一氧化碳或二氧化碳增加量與氧的減少量的比值作為判定自燃火災(zāi)發(fā)生的參數(shù)。這些氣體的測定方法有直接測定法、實(shí)驗(yàn)室分析法和自動檢測法三種。直接測定法是采用檢定管或測量儀器測定。實(shí)驗(yàn)室分析法是采用高靈敏度、高精度的氣體分析一起進(jìn)行氣體檢定。自動檢測法是采用束管監(jiān)測系統(tǒng)或微機(jī)控制的火災(zāi)預(yù)測系統(tǒng)進(jìn)行礦井火災(zāi)集中自動檢測。

束管監(jiān)測系統(tǒng)是由抽氣泵將井下的氣樣通過多芯束管抽到地面，用相應(yīng)的儀器進(jìn)行，以對自燃火災(zāi)盡快地發(fā)出警報。束關(guān)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采樣及時、連續(xù)監(jiān)測、分析數(shù)據(jù)可靠、預(yù)報準(zhǔn)確，當(dāng)井下斷電后仍能保證正常監(jiān)測工作。

微機(jī)控制火災(zāi)預(yù)測系統(tǒng)由井下探測系統(tǒng)和地面測量站組成。井下探測系統(tǒng)中有煙霧探測器、一氧化碳分析器、空氣溫度傳感器和風(fēng)速針。地面微機(jī)對井下信息進(jìn)行讀數(shù)顯示或打印、貯存。當(dāng)任一探測器達(dá)到規(guī)定的信號值以上時，地面站馬上發(fā)出聲光警報，指出井下某處發(fā)生了火災(zāi)。

1、開采具有自然發(fā)火傾向的煤層時，應(yīng)采用合理的采煤技術(shù)，才能防止煤的自然發(fā)火。

選擇合理的開拓方式和采煤方法。開采有自燃傾向的煤層，應(yīng)采用石門、巖石大巷的開拓方式，這樣可以少切割煤層，少留煤柱，又便于封閉、隔離采空區(qū)。如須在煤層中開拓巷道而且服務(wù)年限較長，則應(yīng)進(jìn)行砌券

2、對具有自燃性的煤層，應(yīng)采用倒退式回采，禁止前進(jìn)式回采。要選用回采率高、回采速度快、采空區(qū)容易封閉的采煤方法。所以長壁式采煤方法適于開采有自燃傾向的煤層。充填法管理頂板，有利于防火。

3、合理布置采區(qū)。在有自燃傾向性煤層中布置采區(qū)時，應(yīng)根據(jù)煤層自然發(fā)火期的長短和湖采速度來確定采區(qū)的尺寸，如果不考慮煤層的自然發(fā)火期，盲目加大采區(qū)的走向長度，往往還沒采完，采空區(qū)就已經(jīng)自燃。

4、提高湖采率，堅(jiān)持正規(guī)循環(huán)。回采率越低，丟煤越多，回采率越不正常，越容易自燃發(fā)火。所以應(yīng)堅(jiān)持正規(guī)循環(huán)，加快回采速度，清掃工作面浮煤，提高回采率，并及時放頂或充填。

5、預(yù)防巷道中自燃發(fā)火。首先要保證巷道的工程質(zhì)量，防止發(fā)生冒頂。遇有巷道冒頂或有煤與瓦斯突出形成的空洞，要清除浮煤，使其與外界空氣隔絕，防止煤的氧化。

怎樣防止煤層自燃？

一、優(yōu)化巷道布臵，減少輔助巷道，選擇合理的開采順序，盡可能縮短煤層的暴露面積和暴露時間。

二、建立合理的通風(fēng)系統(tǒng)，合理調(diào)配、控制風(fēng)量，減小通風(fēng)阻力，減少漏風(fēng)，杜絕各類巷道呈現(xiàn)微風(fēng)狀態(tài)。

三、及時封閉采空區(qū)及廢棄巷道，廢棄巷道應(yīng)在10日內(nèi)封閉，采空區(qū)必須在10日內(nèi)封閉完畢。

四、有效處理巷道高冒頂區(qū)，及時清理巷道內(nèi)的浮煤。

五、加強(qiáng)監(jiān)測監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)自燃發(fā)火隱患，并采取措施進(jìn)行處理。 煤炭自燃發(fā)火經(jīng)常發(fā)生在采空區(qū)、停采線、斷層、煤柱等丟煤區(qū)，巷道高冒頂處、通風(fēng)不良的聯(lián)絡(luò)巷及其它輔助巷道、封閉不嚴(yán)的密閉墻附近等。

由此可見，煤層自燃的預(yù)防和治理是一個全方位、高投入的系統(tǒng)工程，與其相應(yīng)的國土整治、植被恢復(fù)難度大，時間長，既需投入大量資金，又需嚴(yán)密的組織和科學(xué)的方法，因此開展動態(tài)監(jiān)測，做好及時預(yù)防和治理工作十分重要。