煤炭自燃用什么灭火

煤田火灾的防治技术大部分都采用剥离打钻注浆覆盖的综合灭火方法。这种方法是新疆煤田灭火工程处的广大工程技术人员经过40多年的实践、总结摸索出的一种技术手段易行、灭火成本经济、灭火效果显著的有效方法。�

2�1 剥离注水注浆覆盖法

此法用于火区燃烧深度小于30m时，首先剥开火源，之后注水降温至临界温度70℃，再进行注浆，充填封闭裂隙，最后地表实施大范围覆盖，既隔绝氧气又恢复植被。�

2�2 剥离打钻注水注浆覆盖法

此法用于火区燃烧深度大于30m时，具体操作方法是：�

（1）先剥除火区露头火源及部分烧变岩，对火区进行斜坡化处理，使火区表面形成一个具备打钻覆盖条件的场所。剥离有机械剥离和定向爆破剥离。剥离平整工程量的确定剥离施工前，必须注水降温，使火区内温度降低到40℃以下，并对浅部空洞区域进行爆破处理。剥离平整后的火区地表坡度小于15°，或斜坡化形成阶梯地形。火区内地表的深大裂隙被填平。火区边沿外推15m的正常区地形必须满足覆盖要求。�

（2）燃烧深的煤田火灾，剥离后必须实施钻探，以保证低温的液体能充分置换高温燃烧煤的热量，从而降低可燃体的温度，而且能够把充填裂隙、隔绝氧气的泥浆输送到煤层周围。灭火钻探工程分为探火钻孔、灭火钻孔和观测钻孔3种。探火勘探线应与地球物理勘探线重合。探火钻孔布置原则是：以物探成果为指导，沿煤层倾向布设2～3个钻孔，其中一个钻孔应布设在正常煤层中，按先浅后深的顺序安排施工。 灭火钻孔参数选择如下：�

灭火钻孔间距：（略）

灭火钻孔的终孔位置一般应在已燃煤层底板上部15m。观测钻孔布设在火源中心；钻孔孔径73～127mm，钻孔除孔口为实管外，其它均为筛管。 探火钻孔采用全孔或分段取芯，灭火钻孔、观测钻孔可不取芯。钻孔定位，一般可采用仪器法或半仪器法定位。孔内沉淀物不得埋设煤层的1/5，否则应捞取孔内沉淀物后，方可下套管，管口设可启闭的装置。�

（3）钻探结束后，便以钻孔为中心对燃烧煤层进行注水降温和注浆封闭。注水系统一般由水源地、泵站、主管路、支管路、钻孔(自然裂隙区、人工鱼鳞坑)等组成。注水原则是先高温区后低温区；间歇性注水，保证水的充分汽化。注水量的确定如下：（略）

火区内煤、岩及气体温度稳定在100℃以下时，停止注水。注浆系统一般由供水系统＋供料系统面部→制浆站→输浆系统→钻孔(自然裂隙区，人工鱼鳞坑)等组成。其布置方式常采用集中式或分区式布置；灌注时有静压注浆和压力注浆2种方式。其灌注原则应先注水后注浆，先外围后中心，浆液先稀后稠，保证间歇性注浆。注浆材料必须是不可燃材料，具有较好的渗透性，收缩率少。一般选黄土。泥浆水土比一般为8∶1～5∶1。注浆系统必须具有防止跑水、跑浆和防冻等安全技术措施；制浆站每2小时测定泥浆浓度一次，同时专业人员应随时进行抽样检查。为保证注浆质量，火区内塌陷区裂隙应基本充填，火区处于完全封闭状态后方可停止注浆。�

（4）为确保温度降到临界温度的煤层与空气中的氧气隔绝，最后还要进行二次封闭——覆盖，此外也要恢复被火灾破坏的地形地貌，使治理后的火区植被重生，再现绿色。 覆盖厚度的计算公式如下：（略）

覆盖工序一般有采土、运土、平整、压实、修防洪堤，恢复植被。覆盖区厚度达标率应在95％以上，而且覆盖结束后一年内无返潮现象。�

据统计，新疆先后对21个煤田火区、83个子火区采用剥离打钻注浆覆盖的综合灭火方法进行治理后，灭火效果普遍较好，经济效益也非常显著(吨煤灭火成本仅0�79元)。�

煤田灭火必须建立火区监测制度，对火区状态实行定期监测。在煤田灭火施工前3个月必须建立火区监测网，进行前期监测工作。灭火施工期间，要定期监测，掌握火区动态。灭火工程项目验收后，继续定期监测，时间应不少于一年。监测的手段主要有温度监测法；红外感应监测法；气相色谱分析法；地球物理监测法(电法和磁法)共4种。�

3 火区的管理

煤田火灾的防治主要有两方面的工作，一是防治技术，二是火区的管理。煤田火区的管理主要指灭火前期的管理、灭火过程中的项目管理和灭火后期管理。管理程序如图1。�

3�1 前期管理

火区的前期管理主要工作有：定期做好火区普查，为及时全面掌握和了解火区现状、科学合理地进行宏观决策提供可靠依据。(2)在火区普查的基础上制定科学合理的治理规划。�

火区普查的手段主要有3种：卫星遥感、航空测量和陆地普查。新疆近期的火区普查采用了陆地普查和航空测量相结合的方法，都收到不同程度的良好效果。�

新疆的火区治理规划先后在1981年、1997年和2004年制定过3次。前2次的规划全面有效地指导了煤田灭火工作，使全疆19处煤田火灾得到了治理，300多亿t的煤炭资源受到了保护。第三次规划确定在2012年前彻底根治最后33个重点和一般火区，使427亿t煤炭资源免受火灾的威胁和吞噬，有效遏制了火区每年向大气层排放100多万t各种有毒有害气体，受火区危害的826万m�2的优良牧场重新披上了绿装，将使火区所在的31个县市的区域生态环境和水环境得到改善，将杜绝火区内发生以往类似地质灾害，有力促进火区所在地的区域经济健康持续稳定地发展。

图1 火区管理程序图 （略）

3�2 火区项目管理

火区治理规划确定后，火区的管理重心应下移到对每个阶段、每个灭火项目的管理上来。煤田灭火工程是一项涉及地质、采矿、环保、水文、气象、物探、测量、煤化学、流体动力学、机械工程、电气工程、岩土力学、气相色谱学、矿井灾害和安全工程等复杂的系统工程，是一门交叉的边缘技术工程，它也是一项无短期经济收益、保护资源和环境的非赢利性的社会公益性工程，所以对它的管理一定要用现代化的思想指导工程项目的进行；对它的管理模式和组织结构一定要采用高效实用的现代企业管理方式；对它的决策一定要科学和民主，实行专家决策机制，走程序化和规范化的道路；对它的管理要引入竞争机制，公开招投标，严格按照法律法规操作运行；对它的项目施工管理要做到人员专业化，作业手段信息化，思想观念现代化，项目的计划、控制和协调紧紧围绕投资、进度、成本和质量等核心内容，使项目既定目标一旦有偏差能得到及时纠正，确保项目目标在事前、事中和事后都能得到及时有效的控制；为保证煤田灭火项目的质量，应加强项目的每个子火区的灭火效果的监测和单项工程质量的监理，并建立一套独立的运作系统。煤田灭火项目是一个完整的系统，对它的竣工验收也要认真总结，查找产生失误的原因，为今后项目的实施提供借鉴和帮助，同时它也是对项目进行监督的有效手段，随着项目的不断展开和项目终身负责制的实施，对它的移交和后期评价也显得越来越重要。�

3�3 火区的后期管理

每个火区治理结束、监测一年并经一定级别的专家验收后宜纳入火区的后期管理。后期管理的主要工作有：(1)由火区治理单位向火区所在地的地、州级人民政府正式移交，移交后火区由当地政府全面管理。(2)为了巩固和保护灭火成果，应对全国或全省已灭火区继续进行动态监测，随时了解和掌握火区现状，以利于更好开发利用资源，促进地方区域经济健康稳定的发展。目前新疆已建立起了火区动态监测系统，即煤田火区监测的GIS系统。该系统是将各种信息进行综合集成，为设计、施工、监测、相关查询、分析和有关决策提供依据。

一、煤的自燃因素分析

引起煤自燃的因素较多，主要如下：

（1）煤的炭化程度。煤层的自燃性一般随煤炭的变质程度的增高而降低，一般情况下挥发分含量在12％以下的烟煤难以自燃，但若有其它原因，也可能产生自燃。

（2）煤岩组分：煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝煤时，煤的自燃倾向就大；而暗煤多的煤，一般不易自燃。

（3）煤的含硫量：含硫分愈高，吸氧能力越大，越易自燃，含黄铁矿、黄铜矿结核较多，也具有自燃危险性。

（4）煤的破碎程度：煤的破碎程度大，增加了煤的氧化表面积，使煤的氧化速度加快，容易自燃。脆性与风化率较大的煤易于自燃。

（5）煤的水分：水分能加速煤的氧化过程，同时使煤体疏松、造成细微裂隙，加大吸氧能力，并降低着火温度，但过多水分则可抑制煤的氧化。

（6）地质构造：地质构造复杂、围岩及煤层破碎带易引起煤层自燃。

（7）开拓开采条件及通风方式：矿井开拓方式和开采方法与通风方式若选择不合理，往往造成丢煤多、煤柱破碎，漏风严重，给煤层自燃造成良好条件，增加自燃的可能性。

二、煤的自燃预测

1、人的感官可以察觉的自燃征兆

（1）巷道中出现雾汽或巷壁“挂汗”；

（2）风流中出现火灾气味，如煤油味、松香味、臭味等；

（3）从煤炭自燃点流出的水和空气较正常的温度高；

（4）当空气中有毒有害气体浓度增加时，人们有不舒服的感觉，如头痛、头晕、精神疲乏等。

2、仪表检测

（1）有下列情况之一者，定为自燃发火

(a)煤炭自燃出现明火、火灾烟雾、煤油味等；

(b)煤炭自燃使环境空气、煤层围岩及其它介质温度升高并超过70℃；

(c)采空区或风流中出现一氧化碳(CO)，其浓度已超过矿井实际统计的临界指标，并有上升趋势。

（2）有下列情况之一者，定为自燃发火隐患

(a)采空区或井巷风流中出现一氧化碳，其发生量呈上升趋势但尚未达到矿井实际统计的临界指标；

(b)风流中出现二氧化碳(CO2)，其发生量呈上升趋势，但尚未达到矿井实际统计的临界指标；

(c)煤炭、围岩及空气和水的温度升高，并超过正常温度，但尚未达到70℃，风流中氧(O2)浓度降低，其消耗量呈上升趋势。

三、防灭火措施

1、 灌浆防灭火。根据技术上可行、经济上节省的原则，建立矿井灌浆防灭火系统。当场地内黄土少，采用黄泥灌浆取土困难时，可采用注凝胶和粉煤灰的防灭火方法。凝胶是一种高分子化合物，粉煤灰可直接从邻近的火力发电厂取得，平时采取局部灌浆的方式，当采空区发火时，则采取满灌。

2、阻化剂防灭火。可以采用机动性喷洒压注工艺系统，对采空区、煤层巷道冒落孔洞、开采线、终采线和煤柱裂隙喷洒、压注阻化剂，覆盖或包裹碎煤，封堵裂隙，阻止煤的氧化，起到防火作用。

3、撒凝胶。对巷中的联络巷、断层带、工作面切眼、运输巷、回风巷等灌撒凝胶，阻止煤层与空气接触，防止煤层氧化自燃。另外，对发火严重的回采工作面，当工作面推进1 个月后，在整个工作面后方的采空区撒凝胶，形成凝胶隔绝带，对采空区起到封闭作用，可有效阻止采空区浮煤的自燃。

4、惰性气体防灭火。对已经自然发火的回采工作面，采用注入惰性气体使其尽快熄灭。在封闭自燃的回采工作面之前，先注入惰性气体，冲淡采空区中的氧气，再利用快速封闭铁门进行密闭，达到灭火和防止瓦斯爆炸的目的。

5、普瑞特防灭火新技术。为克服目前注浆、惰气、凝胶、阻化剂、三相泡沫等防灭火技术的不足，徐州吉安矿业科技有限公司联合中国矿业大学创新的提出了普瑞特防灭火新技术，并研制了普瑞特的装备与材料。普瑞特防灭火新技术很好的融合了黄泥灌浆、惰性气体、凝胶、阻化剂、三相泡沫等各项防灭火技术的优点，又避免了上述各项技术的多数缺点。

宁夏的贺兰山区是我国著名的煤矿，煤矿的储量高达15亿吨，被国人亲切地称为中国煤库，但是让人遗憾的是这里的煤矿自燃也相当严重，已经燃烧掉了3.4亿吨。

其中有不少是低磷低硫，高发热量的优质煤矿，每年的经济损失高达10亿人民币，这个损失真是让人触目惊心，心疼不已。

尤其是在贺兰山石嘴山市的汝箕沟矿区，煤层的燃烧已经持续300多年，28平方公里的矿区内大大小小共出现了25个明火区，地下着火范围每年以10米以上的速度向周边煤层扩散。用现在的俏皮话说，这真的是在烧钱呢。

使用浇水的方式将煤炭的自然浇灭，这是一种极端错误而且又不经济的行为。

地下矿井以及岩石的缝隙里有许多有毒气体，比如一氧化碳，硫化氢等等，在这些只能在化学课上听到的。

有毒气体里有不少还是可以燃烧的，而且在贺兰山煤矿里不少煤矿石，都是随着温度的升高，产生一氧化碳等可燃性气体的速度就越快。

地下煤火的温度极高，如果我们用水浇的话，非但不可能浇灭明火，反而会形成大量的水蒸气，而学过化学的我们都知道，碳和水蒸气在高温下会发生反应，从而产生氢气以及一氧化碳。

整个反应的过程会使得气体的体积急剧膨胀，而矿井和煤层缝隙中的空间并不大，而且整个环境相对闭塞。

所以一时来，整个空间内的气压就会变大。而且在明火的条件下，氢气一氧化碳还有他们的好朋友氧气，这三个气体混在一起，会发生剧烈的化学反应，在地下通道内引起爆炸，导致塌方等恶劣事故的发生。

所以由此可见，我们绝对不能用浇水的方式来帮贺兰山的煤矿熄火， 这种方法非但不能制止煤炭自燃，反而是火上浇油。

我们国家的主流做法就是采用重型机械对燃烧区域进行网格化钻孔施工。

在燃烧的煤层和地面之间打开一条通道，然后向煤层中灌入海量的泥浆，这些泥浆可以说是派大用场的，首先我们在这些泥浆上再加上一层黄土，彻底将煤层和空气隔绝。

这些泥浆是流动态的，它能够完美的填充那些煤层之间的缝隙，没有空气这个媒介自然烧不起来。同样他还有一个冷却的作用。

别看这个方案比较简单一点，但是实施起来难度很大，成本也很高，而且地下煤火很容易反弹。

所以如何控制好地下煤火，真的是一道世界级难题，目前并没有太好的解决方案。

煤暴露在空气中的自氧化热达到点火温度是一种自然现象。煤炭自燃必须具备三个条件:可燃碎煤、充足的氧气和适宜蓄热升温的环境。煤的自然性往往用自然倾向性来表示，自燃倾向性是煤的自然属性，取决于煤在常温下的氧化能力，是煤自燃的基本条件。煤炭自燃可分为三个阶段:潜伏期、自热期和燃烧期。潜伏期:这个阶段是煤与空气接触的初始阶段。与氧气相互作用过程微弱，本身没有明显的升温现象，周围环境也没有升温迹象。通常这一阶段持续时间较长，因煤种不同而不同。

自热期:在此期间，温度上升明显，上升速度逐渐加快。随着煤的吸氧能力自动加速，热量进一步积累。煤明显温升的特征值一般认为在60-80度之间，但随煤种不同而不同。在此期间，煤的氧化速率迅速加快，温度明显上升，温度在临界温度以上，空气和周围环境的温度也逐渐上升。会有明显的烟和火以及特殊的火味。煤田火灾是待开发煤田的一大灾害，不仅会浪费大量煤炭资源，而且会提高火灾附近的地温，向大气中释放大量有毒有害气体，污染环境，使地面开裂塌陷，造成地表植被死亡，从而影响煤田的正常发展和人民的正常生活。中国煤田火区已达700平方公里，其中活跃火区近20平方公里，每年燃烧数千万吨煤，成为世界上煤田火区最严重的国家。特别是在中国新疆，煤田火灾历史悠久。经考证，绝大多数熄灭的古煤田火灾发生在80万年前的更新后期。中国唐代有煤田火灾的记载。

直接灭火法、间接灭火法和综合灭火法。中国新疆采取注水、灌浆、挖火源、覆沙等综合灭火措施，先后扑灭了大南湖、艾维尔沟、铁厂沟、七台北山火、阜康白洋河等火区。宁夏汝箕沟煤田火区通过封堵火头防止火势蔓延、封堵地面塌陷和裂缝、填充和覆盖老化或缩小火区等控制措施得到控制。大量的水和沉淀物被搅拌成薄薄的泥浆，倒入火口，应该能扑灭。原因一。水可以灭火；原因二。水是无常的，只要够，就能进入所有毛孔；原因三。水中的泥浆可以隔绝空气，窒息起火点，填充空间，使火不会重新点燃。其实很简单。请求军方介入。使用地面穿透导弹加燃料空气炸药。先测试燃烧煤层的深度和光度，制造出深度相当的特种探地导弹的钻孔深度，打到下面的燃油空气炸药，逐渐减火，火大的地方，燃油空气炸药打到的地方，抽出氧气。火小了，就好处理了。

把植物变成煤，然后在煤田里钻几口井抽走甲烷，然后你就看煤层会不会自己熄灭，这是个笑话。毕竟煤层含氧少，燃烧是因为有源源不断的甲烷，补充煤田下绝对有天然气。关于贺兰山煤层自燃，是否可以在燃点周围围堰筑坝，然后从水源丰富的地方延伸一条大口径引水管道到围堰，通过洪水灭火，这种方法可取吗？不能熄灭的可以作为地热开发利用。有了这样现成的能源，烧水就不需要电了。这个利用难度还是要部分利用的。地下几千米的热岩可以开发，水下几千米的可燃冰可以开发。这煤火表面上应该没问题，就看有没有意向了。最深的约500米，浅的780米。表面温度不是很高。在破裂的当地平均时间可以看到烟雾和气体。众所周知，20世纪50年代和60年代曾尝试过几种灭火方法，但都没有效果。十几年前尝试过水泥砂浆喷射法，效果也不大。

在我国宁夏贺兰山地区，那里拥有很丰富的煤炭资源，但也存在一个十分棘手的问题——煤层大火。

贺兰山汝箕沟的煤层大火从清代开始，至今已经燃烧了300来年，除非地下煤层全部烧完，否则很难熄灭。

据估计，这里一年要烧掉100万吨煤，直接经济损失10个亿。而且这些煤炭资源白白地燃烧掉，还会污染大气以及当地环境。

众所周知，煤炭很容易燃烧。由于世界各地都有浅层或者露天煤层存在，所以煤层大火在世界各地也十分普遍。

在我国，不止贺兰山存在煤层大火，新疆地区也存在煤层大火，而且燃烧面积和危害性比贺兰山的还大。为此，新疆地区还专门成立了煤田灭火机构。新疆硫磺沟煤层大火是其中比较著名的煤层着火点，该地区的煤层火灾燃烧了100来年，直到2004年才彻底扑灭，累计烧掉了2.4亿吨煤。

世界各地每天都有煤层在燃烧，其中历史最悠久的，当属澳大利亚的一个煤层着火点，据科学家估计，那里的地下煤层燃烧了大约6000年。

世界各地都有煤层大火，不仅浪费资源，还污染环境。那为什么不用水直接扑灭？

煤层大火可真没有那么容易就扑灭。这些煤层着火，要么是人为的，要么就属于自燃。这些煤层大火之所以不易熄灭，主要还是因为当地十分干燥、降雨稀少，所以水资源也十分稀有。

更重要的一点，少量的水浇在正在燃烧的煤炭上，就如同火上浇油，只会助长火势，使煤层燃烧得更旺。

这些煤层大火很多都是在地下缓慢燃烧，表面在冒青烟，并没有明显的明火，但内部温度高达上千摄氏度。当这些水渗透到地下与正在燃烧的煤层接触后，水在高温的作用下会与碳发生化学反应，生成一氧化碳和氢气，这些可都是易燃气体。所以说当煤层发生火灾，并不适合直接浇水降温灭火。

而这些煤层纵横分布，并且分布面积十分广，即使耗费很多的水资源，也只能扑灭地表的煤火，而且地下的煤层火很难扑灭。即使扑灭了，也只是暂时的，很容易复燃。

根据燃烧的三要素，想要扑灭煤层火，要么等煤烧完，要么降温，要么隔绝空气。

既然用水直接扑灭行不通，那么用土掩埋可以吗？

这确实是一个办法，用土掩埋并压实，确实可以隔绝空气。更有甚者，采取了地下爆破的方法。但地下煤层燃烧时的进气孔有很多，并且燃烧面积广，哪有那么容易隔绝空气。

总之，煤层大火的扑灭是一个世界性难题。有的国家干脆不灭火，也不管污不污染环境，而是与煤火抢速度，尽可能开采出更多的煤炭资源。

不过由于我国人民比较有干劲，在长期的摸索下，总结出了一套煤层灭火的方法，比较有效。

由于煤层大火大多发生在荒无人烟的地方，所以要想灭火就只能先修路。然后用水给燃烧区域的地表降温，待到施工人员和机械可以进入的时候，再进行打孔作业，这个孔必须要打到燃烧的煤层上。与此同时，迅速向孔洞中注入泥浆，以此来给地下煤层降温隔绝空气。最后平整土地，并铺上厚厚的黄土压实，最终将煤层火闷熄。

不过不管采用什么方法，煤层大火还是非常不容易扑灭，因为我们很难完全弄清地下煤层的着火区域，有时候你以为已经把火扑灭了，可过一段时间又复燃了。因此煤层灭火是一个长期工程，反反复复，短的需要几年，长的需要几十年。