我国煤火灾害防治技术研究现状及展望(1).pdf

第4 4 卷第 l 0 期 2 0 1 6年1 0月 煤 炭 科 学 技 术 C o a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y V0 1 ． 4 4 No ． 1 O 0c t ． 2 0l 6 【 编者按】 煤矿火灾可能引起瓦斯和煤尘爆炸等重大事故， 严重威胁着煤矿安全生产。据统计， “ 十二五” 期间， 我国煤矿共发生火灾事故 1 5起、 死亡 l 0 4人， 与“ 十一五” 期间发生 4 4起、 死亡 4 0 8 入相比， 事故起数下降 6 5 ． 9 1 ％、 死亡人数下降7 4 ． 5 1 ％， 煤矿火灾防治科技进步有力促进和支撑 了煤矿火灾防治水平的提升 ， 煤矿火灾 防治形势稳步好 转。但是应该清醒地认识到， 我国煤矿火灾防治形势依然严峻 ， 2 0 1 3年发生 1起 由采空 区 自 燃引发的死亡 5 3人的特别重大瓦斯爆炸事故； 2 0 1 5年， 又发生 了 1起死亡 2 2人的重大煤矿 外 因火灾事故。 “ 十三五” 时期， 由采空区自燃引发的瓦斯爆炸等祸合灾害防治以及我国 自燃危 险性较大的西部煤 田火灾防治 等技术， 将是煤矿火灾防治领域的研究重点。为进一步推动煤矿火灾治理研究工作的进步， 促进我国煤矿安全 生产形势稳步好转， 本刊策划组织了“ 煤矿火灾防治理论与技术” 专题， 专题汇集了西安科技大学、 中国矿业大 学、 中国矿业大学 北京、 辽宁S - 程技术大学、 华北理工大学、 煤科集团沈 阳研 究院有限公 司、 神华神东煤炭集 团有限责任公司等单位的防灭火技术论文， 系统地凝练 了一批煤矿火灾防治领域具有代表性、 前瞻性和创新性 的科研成果 ， 报道 了煤 自燃机理及早期预测预报 、 自燃危险 区域判定、 煤矿 火灾气体 的产生及运移特征和煤矿 火灾防治技术等方面的研究进展。非常感谢各位专家在百忙之中的撰稿， 特别感谢周心权教授、 邓军教授、 余 明高教授在专题策划组织中的特别贡献 我 国煤火 灾害 防治技术研究现状及展 望 邓 军 ， 李 贝 ， 王 凯 ， 王彩萍 ， 1 ． 西 安科 技大学 安全科学与工程学院 ， 陕西 西 安7 1 0 0 5 4 ； 2 ． 西安科技大学 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室， 陕西 西安7 1 0 0 5 4 摘 要 为了给我国煤火灾害防治技术发展提供决策参考， 介绍了我国“ 十二五” 期间煤火灾害防治 科技发展的基本现状、 新特点和主要研 究进展 ， 结合 “-3前煤火灾害现状和煤炭工业发展形势 ， 提 出了 未来煤火灾害防治科技发展 的重点研 究领域 ； 阐述 了研究煤 自燃机理 、 科学评价煤火环境影响、 准确 探测火源位置、 提 高治理效率等仍是煤火研究中的关键科 学问题 ； 系统论述 了煤 自燃机理 、 监测探测 与预警技术、 防灭火材料技术与装备、 鉴定与评价方法、 煤 田火灾防治等研 究领域的重点发展 方向。 煤火灾害防治技术的健康可持续发展对于保障煤炭安全生产、 推动煤炭工业可持续发展及促进生 态 环境保护具有重要意义。 关键词 自燃 ； 煤田火灾； 监测与预警； 防灭火技术 中图分类号 T D 7 5 文献标志码 A 文章编号 0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 1 6 1 0 0 0 0 1 0 7 Re s e a r c h s t a t u s a nd o ut l o o k o n p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l t e c h no l o g y o f c o a l fir e d i s a s t e r i n Chi n a D e n g J u n ’ ，L i B e i ’ ，Wa n g Ka i ’ ，Wa n g Ca i p i n g ’ 1 ． S c h o o l o fS a f e t y S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ， Xi ’ a n U n i v e r s it y o fS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， X i ’ a n 7 1 0 0 5 4，C h i n a ； 2 ． K e y L a b o r a t o r yof We s t e r nMi n e E x p l o r a t i o n a n d H a z a r d P r e v e n t i o n ， Mi n t r y ofE d u c a t i o n ， X i ’ a n U n i v e r s i t y ofS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， X i ’ a n 7 1 0 0 5 4 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o p r o v i d e t h e d i v i s i o n ma k i n g r e f e r e n c e s t o t h e d e v e l o p me n t o f c o a l fi r e d i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l t e c h n o l o g y i n 收稿日期 2 0 1 6 - 0 5 - 1 7 ； 责任编辑 王晓珍D O I 1 0 ． 1 3 1 9 9 ／ j ． c n k i ． c s t ． 2 0 1 6 ． 1 0 ． 0 0 1 基金项 目 国家自 然科学基金重点资助项 目 5 1 1 3 4 0 1 9 ； 国家自然科学基金青年基金资助项目 5 1 2 0 4 1 3 5 ， 5 1 5 0 4 1 8 6 作者简介 邓军 1 9 7 0 一 ， 男， 四川大竹人， 博士生导师， 教授， 博士。T e l 1 8 7 9 2 8 7 9 4 9 4 ， E m a i l 6 9 3 1 6 7 4 7 8 q q ． c o n 引用格式 邓军， 李贝， 王凯， 等． 我国煤火灾害防治技术研究现状及展望[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 1 6 ， 4 4 1 0 卜7 ， 1 0 1 ． D e n g J u n ， L i B e i ， Wa n gK a i ， e t a 1 ． R e s e a r c h s t a t u s a n d o u t l o o k o n p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l t e c h n o l o g y o f c o a l fi r e d i s a s t e r i n C h i n a [ J ] ． C o a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 1 6 ， 4 4 1 O 1 7 ， 1 0 1 ． 2 0 1 6 年 第l 0 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 4 卷 C h i n a ，t h e p a p e r i n t r o d u c e d t h e b a s i c s t a t u s ， n e w f e a t u r e s a n d ma i n r e s e a r c h p r o g r e s s o f t h e c o a l fi r e d i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l t e c h n o 1 ． o g y d u r i n g t h e p e r i o d o f t h e n a t i o n al “ 1 2 t h F i v e Y e a r P l a n ” ． I n c o mb i n a t i o n wi t h t h e p r e s e n t c o a l fi r e d i s a s t e r s t a t u s a n d t h e c o al i n d u s t r i a l d e v e l o p me n t s i t u a t i o n ， t h e p a p e r p r o v i d e d t h e k e y r e s e a r c h a r e a s of c o al fi r e d i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l t e c h n o l o g y d e v e l o p me n t i n t h e f u t u r e ．T h e p a p e r s t a t e d t h a t t h e s t u d y o n c o a l s p o n t a n e o u s c o mb u s t i o n me c h a n i s m ，t h e s c i e n c e e v a l u a t i o n o n t h e c o al fi r e e n v i r o n me n t i n fl u ． e n c e s ，a c c u r a t e d e t e c t i o n o f t h e fi r e s o u r c e l o c a t i o n a n d t o i mp r o v e t h e c o n t r o l e ffi c i e n c y a n d o t h e r s w o u l d s t i l l b e t h e k e y s c i e n t i fi c D r o b l e ms of c o a l fi r e s t u d y ． T h e p a p e r s y s t e ma t i c all y d i s c u s s e d t h e k e y d e v e l o p me n t o r i e n t a t i o n s o f t h e c o a l s p o n t a n e o u s c o mb u s t i o n me c h a n i s m ，t he mo n i t o ri n g ，d e t e c t i o n a n d e a r l y wa r n i n g t e c h n o l o gy ，t h e fi r e p r e v e n t i o n a n d e x t i n g u i s h i n g ma t e r i a l t e c h n o l o g y a n d e q u i p me n t ，t h e v e r i f i c a t i o n a n d e v a l u a t i o n me 出o d ，t h e c o a l 矗 e 】 d fi r e d i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l a n d t h e o t h e r s ． A h e alt h an d s u s t a i n a Ne d e r e ／ o p me n t o f t h e c o a j f i r e d i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l t e c h n o l o g y wo u l d h a v e i mp o r t a n t s i gu i fi c a n c e s t o p r o t e c t t h e c o a l s a f e t y p r o d u c t i o n ，t o p u s h t h e c o a l i n d u s t ri a l s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t an d t o p r o mo t e t h e e c o l o g i c a l e n v i r o n me n t p r o t e c t i o n ． Ke y wo r d s s p o n t a n e o u s c o mb u s t i o n；c o a l fi e l d fi r e d i s a s t e r ；mo n i t o r i n g a n d e a r l y wa r n i n g ；fi r e p r e v e n t i o n a n d e x t i n g u i s h i n g t e c h n o l o gy 0引 言 “ 十二五” 是我国煤 炭工业从波澜壮 阔高速发 展到断崖式下跌的转折点 ， 煤火灾害领域科技发展 与煤炭工业兴衰休戚与共。根据国家统计局发布的 2 0 1 5 年国民经济和社会发展统计公报 显示， 2 0 1 5 年全国煤炭产量达到 3 7 ． 5 亿 t 。以 2 0 1 1 年生产煤 炭 3 5 ． 2 亿 t 计算， 2 0 1 2 --2 0 1 5 年煤炭产量年均增长 0 ． 4 6 亿 t 。在煤炭产量持续增长的情况下， 煤矿百 万吨发火率持续下 降， 煤矿重特大火灾事故 明显减 少 ， 自燃火灾得到 了极大遏制 。煤火防治科技发展 不仅对保障煤炭安全生产 、 预防事故发生有直接贡 献 ， 而且对节能减排 ， 促进安全生产形势好转具有重 要的意义。在总结 “ 十二五” 期 间我 国煤火灾 害防 治科技发展特点、 成绩和进展的基础上， 结合当前煤 火灾害现状和煤炭工业发展形势 ， 提 出煤火灾害防 治科技发展的重点研究方向， 以期为煤火灾害防治 及科技发展布局提供决策参考 。 煤火灾害不 同于其他类 型的固体火灾 ， 具有 自 燃、 阴燃和复燃的特点 ， 火源隐蔽 、 贫氧氧化、 易复燃 ， 防控难度极大 j 。根据煤火成 因和形成条件， 其类型 可划分为 2 类 一类是煤 自燃火灾 ， 主要有矿井煤 自 燃火灾 、 地面储煤堆 自燃火灾和煤矸石山 自燃火灾 ； 另一类是煤田火灾， 属于典型的非控燃烧， 其波及面 积广、 深度大 J 。煤火灾害研究涉及煤火成因及煤自 燃机理、 自燃倾向性鉴定、 煤田火灾燃烧蔓延机制、 煤 火探测、 煤自燃预测预报和煤火治理技术工艺等。 1 煤火灾害现状 1 ． 1 矿井煤自燃火灾 矿井煤自燃是煤矿五大灾害之一， 我国9 0 ％以 上的煤层为自 燃或易自燃， 煤炭自燃引起的火灾占 2 矿井火灾总数的 8 5 ％～ 9 0 ％， 其中采空区 自燃火灾 占煤矿 内因火灾的 6 0 ％以上 3 J ， 全 国 2 5个主要产 煤省区的 1 3 0 余个大中型矿区均不同程度地受到煤 层 自然发火威胁 ， 如宁夏宁东矿 区【 4 J 、 陕北神东 矿 区 等每年都出现由于煤 自燃引起的 C O异常现 象 J ， 煤炭 自然发火严重。据统计 J ， 死亡 l 0人 以 上的重特大事故中， 由火灾直接引起 的约 占 6 ． 7 ％。 煤炭 自燃诱发煤矿瓦斯及粉尘爆炸等次生灾 害， 容 易造成事故和损失扩大。随着煤矿开采强度不断增 大， 矿井开采水平不 断延深 ， 煤层瓦斯压力 、 瓦斯 含 量 、 地应力和瓦斯涌出量不断增大 ， 煤 白燃火灾对矿 井安全生产构成了严重威胁。如 2 0 1 4年辽 宁阜新 矿业集团恒大煤业有限责任公司井下火灾引起煤尘 爆燃， 造成 2 8 人死亡， 5 0 人受伤， 事故直接经济损 失 6 6 6 8 ． 1 6万元 。 1 ． 2煤田火灾 神华集 团承担 的“ 十二五 ” 科技支撑计划项 目 子课题 “ 煤火 自燃本底调查及遥感监测技术 研究” 对全国 1 4 个大型煤炭基地的 1 0 2个矿区进行了煤 火本底调查 ， 已初步掌握全 国主要煤 田火 区的基 本 情况。 目前我国正在燃烧的煤 田火区主要分布于新 疆 、 内蒙古 、 陕西、 山西 、 甘肃等 7个产煤大省 自治 区 ， 另外在 四川 I 攀枝花 、 云南楚 雄 、 黑龙江鹤 岗等 地也已产生新的火区。煤田火区以新疆最为严重， 其次为宁夏汝箕沟煤田和内蒙古乌达矿区。因煤火 每年烧损煤炭资源上万吨， 直接经济损失达 2 O 亿元 以上 ， 因煤火燃烧产生的 C O 约 占全球化石燃 料碳 排放 的 0 ． 1 0 ％～0 ． 2 2 ％ 9 ， 造成严重 的资源损失和 生态环境恶化 。经过 “ 十二五 ” 科 技攻关及实施 煤 田灭火治理工程 ， 一定 程度上遏制了部分煤 田火 灾的扩大。但在加快煤 田老火区治理 的同时 ， 新火 区不断产生 ， 并有扩大蔓延之势。我 国北方煤 田火 邓军等 我国煤火灾害防治技术研究现状及展望 2 0 1 6年第 1 0期 灾仍将是威胁矿井安全生产 、 破坏生态 环境 的重要 因素。 2 煤火 灾害特点 自2 0 1 1 年以来 ， 随着我国煤炭开采重心西移和 高产高效开采技术 的推广 ， 矿井煤 自燃 火灾 和煤 田 火灾呈现出新的特点。 2 ． 1 井下煤 自然发火新特点 1 大采高大倾角工作面采空区自 然发火严重。 伴随煤矿开采技术的发展 ， 国家提倡安全高产高效 矿井建设 ， 其核心是提升和突破 6 m 以上特厚煤层 群开采 ， 以宁东矿 区为代表 的大 型煤炭基地 ， 其 主采煤层厚度为 6 ． 0 m以上的煤炭储量约占4 0 ％。 大采高采空区垮落范围增大 ， 自然发火严重 ， 如宁夏 红柳煤矿 引、 淮南谢 桥煤矿 等 。大倾角煤层 开 采地质条件差 ， 易 自燃厚煤层工作 面 自燃危险 区域 范围大 、 采空区漏风复杂 、 火 源点 隐蔽性强 ， 如 山东 华丰矿 、 江苏张双楼煤矿 等。 2 工作 面双巷掘进联络巷 自然发火。随着煤 炭开采机械化水平提升 ， 掘进 、 回采工艺推陈出新 ， 井下工作面长度增加 ， 采用双巷掘进 的工作面两巷 道间存在大量联络巷 ， 联络巷密闭难度大且密闭墙 效果差 ， 联络巷在矿山压力作用下易出现漏风通 道 ， 持续供氧的情况下导致采空 区连通 ， 诱发 自燃 ， 如山西云冈煤矿 、 内蒙古昊达煤矿 等。 3 近距离煤层 群开采相邻老采 空区发火 。近 距离煤层开采综放工作 面一般是厚或特厚煤层 ， 下 部煤柱易被压碎产生裂隙， 形成漏风通道 ， 综采放顶 煤工作面开切眼 、 终采线和采空区煤柱等部位极易 发生 自燃火灾 ， 火源位置难确定 。近距离煤层群 开采 自燃预测模型 、 自然发火危险区域判定 、 气体聚 集运移规 律 1 9 ] 、 自燃与瓦斯协 同预控 。 。 及综合 防 灭火技术 是近距 离煤 层群开采煤 自燃防治研究 的热点和难点 ， 如神东矿 区上湾煤矿 、 淮南潘二煤 矿等。 4 整合煤矿采空区自然发火。为避免小煤窑 私挖滥采诱发事故 ， 近年来整合 的矿井 采空区 自然 发火情况严重。这些小煤矿易形成大范围采空区的 自燃火灾， 给煤矿火灾防治带来重大隐患。如神东 矿区仅大柳塔矿活鸡兔井 田就存在 6个小煤矿 ， 由 其 自然发火形成的冒烟处就有 1 9处之多， 明火共有 5处。另外 ， 平朔井3 2 - “ 矿 、 安家岭露天矿 。 等 都存在小煤矿火区。 5 外 因引起 的煤层 火灾事故增 多。矿井 开采 深度以每年 1 0 ～3 0 m 的速度增加 ， 矿用 电气设备 、 电缆用量加大 ， 火灾负荷增大 ， 部分巷道充填材料发 热量过高 ， 以电缆火灾 、 带式输送机火灾 、 充填材料 自燃为代表的典型外 因火灾数量逐 年上升。例 如 2 0 1 4年 6月川煤集 团花 山煤矿 由于充填 大量 高分 子材料反应放热 ， 高温点燃木垛 ， 引燃煤层 ， 引发矿 井火灾 。 6 火与瓦斯 热动力灾害 突出。火灾 与瓦斯爆 炸伴随有热量的释放和转移 ， 是煤矿 主要 的热动力 灾害现象 ] 。随着东部矿井向深部延深和西部巨 厚煤层 的大规模开采 ， 矿井火与瓦斯耦合致灾机理 和灾害能量转移利用机制作用不清 ， 火与瓦斯爆炸 等热动力灾害尤为突出 。 2 ． 2 煤 田火灾发展新特点 1 受矿井开采影响 ， 煤 田火灾 向深部发展。受 矿井开采影响， 原始的地壳平衡被打破， 煤层开采扰 动地层稳定， 造成裂隙发育， 在气体渗流作用下露头 煤体经热一 流一 固一 化耦合作用 ， 自燃发展为充分燃 烧的火源 ， 燃烧火源在持续供氧条件下 ， 继续往深部 扩展 。 2 煤 田火灾发展更加 隐蔽。煤 田火区 9 0 ％以 上处于地下阴燃状态 ， 具有范围大 、 着火点分散 、 距 离远和火源隐蔽等特点 ， 实时动态监控和火区治理 十分 困难 。常规的单点测温 、 人工巡检等监测技术 覆盖范围小 、 准确率低 、 工程量大 。由于火源位置隐 蔽 ， 导致治理针对性不强 。 3 残存煤 田火灾治理难度增 加。我 国煤 田火 区一般地处干旱或半干旱区， 水资源缺乏， 黄土覆盖 不能及时将火 区内部热量散除 ， 残存煤 田火区由 于长时间持续燃烧 ， 深部煤层烧空后造成地表覆盖 层悬空或塌陷， 形成坑涧 裂隙， 火 区易复燃 ， 新火 区 不断产生。残存煤 田火区火源中心精确定位和火区 热能移除也是导致当前治理困难的主要 问题 。 4 煤 田火区存在复燃现象 。煤 田火 区蓄热量 大、 贫氧氧化 ， 传统治理方法如剥离 、 平整 、 注浆 、 黄 土覆盖等， 不能将火区内部蓄热及时置换散除， 地面 覆盖工程随着时间推移， 在塌陷裂隙、 地层沉降、 雨 水冲刷等环境作用下易产生新的供氧通道， 容易再 次复燃 。 。 5 煤炭行业低迷 ， 火 区治理速度缓慢。当前煤 炭市场需求疲软、 产能过剩， 煤炭价格持续低位， 众 多煤炭企业出现亏损， 煤田火灾治理经费筹集困难， 3 2 0 1 6 年第1 0 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 4 卷 煤炭行业的低迷现状严重影响和制约煤 田火 区的治 理速度。 3 煤火 灾害防治研 究进展 近五年 ， 我 国在煤火灾害防治领域开展 了大量 研究 ， 取得了一系列成果 ， 现从 5个方向进行阐述。 3 ． 1 煤 自燃机理 “ 十二五” 期间， 不少学者在煤氧复合综合作用 学说基础上 ， 采用更多先进的试验技术手段和方法 对煤 自燃 机 理进 行 了深入 研 究。大 型煤 自然发 火 、 绝热氧化 、 程序升温及热分析 等试验方法 在测试煤 自燃过程 的特征温度 、 耗氧与放热等宏观 特征参数及指标气体方 面得到广泛应用 ； 基 于特征 参数确定煤 自燃过程 的活化能变化 ， 实现了煤 自燃 热动力学特性的定量表征。在微观反应机理研究方 面 ， 原位红外光谱与热分析联用试验技术开始广泛 用于测试煤氧化升温过程中的微观结构变化 引， 揭 示煤 自燃过程 中的活性基 团及其 反应性 ， 同时部分 学者借助量子化学理论和计算方法模拟构建典型煤 分子结构模型， 计算不同官能 团与氧的物理吸附 、 化 学吸附 和化学反应 过程 中的 电子转 移、 反 应路 径 、 活化能及焓变等 。随着 近距 离煤层群 、 高瓦 斯煤层及涌水量大等煤层开采条件 的复杂化 ， 采空 区多次氧化、 水浸煤等 自燃特性得到了深入研究。 同时， 国家 自然科学基金重点资助 了高瓦斯煤层与 西部侏罗纪等典型煤层 自燃特性、 火与瓦斯协同防 治机理 、 煤 自燃微观反应历程 、 煤氧化热动力学及热 效应等方 向的研究。 3 ． 2 煤 自燃监测、 探测与预警技术 主要开展 了采空区煤 自燃火源监测 、 探测 ， 指标 气体检测等方面的研究 。①煤 自燃监测方面 ， 在煤 自 燃气体分析新技术基础上， 研发光纤检测与 分析、 无线通信等 ， 系统实现了对采空区温度参数的 实时 、 连续与全程测量 ， 被国家安全生产监督管理总 局列为煤矿安全生产先进适用技术 ， 并进行推广应 用。②煤 自 燃火源探测技术方面， 通过综合应用测 氡法、 电磁法、 钻孔测温、 红外热成像等技术， 结合数 值模拟等方法的反演与印证， 进一步定位了井下隐 蔽火源 引。③在煤 自 燃预警方面， 主要根据煤自燃 特性试验确定 自燃程 度量化指标 ， 结合 现场数 据， 采用多源信息融合与模式识别方法建立煤自燃 预警模型， 研究了煤 自燃多元化特征信息监测方法 和多源信息融合预警方法， 形成了煤 自燃多源信息 4 融合预警系统。 3 ． 3 防灭火材料、 技术与装备 矿井 防灭火材料 、 技术和装备研究一直是 国家 重点资助方 向， 也是成果转化与推广 的主要组成部 分。在原有注氮 、 灌浆 、 阻化剂 及凝胶 的基 础上 ， 液氮 、 液态 c 0 、 矿用泡沫等多种新型材料 及配套技术装备实现了从防控机理到现场应用的转 化， 其中“ 注浆 胶 防灭火技术” 和“ 煤层 自燃火灾 新型胶体防灭火材料及设备” 已被国家安全生产监 督管理总局列为煤矿安全生产先进适用技术进行推 广应用 ， 开发 、 集成高效液氮灭火和构建煤火 防治技 术与装备平台两大 内容得到 了 2 0 1 3年 国家科技支 撑计划重大项 目“ 煤矿突水 、 火 灾等重大事故防治 关键技术与装备研发” 资助。 3 ． 4 煤 自燃鉴定与评价方法 该方向主要涵盖 了煤 自然发火期预测方法 、 煤 自燃倾 向性鉴定 及采空区煤 自燃危险 l生评价等。 ①煤 自然发火期 预测方面 ， 在摒弃 了最早 的经验判 定和现场粗略估计法后 ， 基于 自然发火和绝热氧化 试验的模拟预测方法被广泛应用 于煤矿 防灭火 工 作 ， 结合 数值模 拟方 法， 综 合预测 煤 自然 发火期 。 ②煤 自 燃倾向性鉴定方面， 在原有物理吸氧量方法 基础上， 提 出了不同的 自燃性鉴定方法 _ 4 ， 如耗氧 量 、 活化能等。采空区煤 自燃危险性评价方面 ， 主要 研究了瓦斯与煤 自燃共生灾害危 险性评价 、 采空区 多因素耦合作用下 自燃危险区域判定模 型等 内 容 。 3 ． 5 煤 田火灾防治 该方向主要包括煤 田火灾形成演化机理 、 监测 与遥感技术以及防治理论与方法等内容。①煤 田火 区形成演化机理方面 ， 主要采用大型煤 自然发火和 程序升温等试验手段 ， 模拟煤氧化升温 、 绝氧降温和 供风复燃过程， 研究煤 岩 体热动力学、 热破坏以 及裂隙发育特性 ， 建立了煤 田火 区形成演化多场 耦合模型， 揭示了煤体内高温点空间位置转移规 律 。②监测与遥感技术方面， 主要利用红外遥 感、 放射性元素探测、 无线自组网温度气体监测和漏 风检测等手段， 采集煤田火区特征信息， 监测煤田火 区发展变化过程 ， 优化组合煤 田火 区监测 与探测方 法 。③煤 田火灾防治理论与方法方面 ， 提出以降氧 降温为主的煤 田火灾灭控理论 ， 研发 了高效 、 低 成本的煤 田火区灭控新技术 ⋯。 邓军等 我国煤火灾害防治技术研究现状及展望 2 0 1 6年第 1 0期 4 煤火灾 害防治发展 方 向展 望 深入研究煤 自燃机理 、 科学评价煤火环境影响 、 准确探测煤火火源位置和提高煤火治理效率等是未 来煤火灾害防治研究的关键科学 问题 ， 这些 问题涉 及空间和时问发展过程 中的众 多影 响因素 ， 涉及多 学科 、 多专业 ， 内容相互交叉。煤火灾害防治科技发 展思路仍从煤 自燃机理等 6个方向进行 阐述 。 1 煤 自燃 机理。①建立 全 国主要开采煤 层煤 自燃基础参数数据库 。由于成煤环境 、 时期及地质 作用等众多因素的影 响 ， 全国不同地 区煤层 的物理 与化学基础特性存在异同， 且与煤层本身的自燃性 相关， 通过建立全国主要开采煤层基础参数数据库， 可 以较为全面地掌握各地区主采煤层 的 自燃特点 ， 为煤 自燃机理研究与防治技术提供依据 。②煤 自燃 过程中力学 热 、 流、 固 特性。研究 在热 、 流 、 固等 多场耦合作用下的煤 自燃特 l生。③微观反应机理及 动力学。研究煤 自燃形 成 的前期 导因及其影 响规 律 ， 深入揭示煤 自燃形成及演化 的内在与外在多 因 素耦合作用导因机制 ； 研究煤 自燃发展过程 中低温 氧化环节的热动力学特征 ， 分析发 展演化过程 的阶 段性特征及其表征参数 ； 采用先进技术手段和方法 ， 研究煤 自燃发展过程 中的微观结构变化 ， 从 活性结 构 、 自由基等多角度揭示煤 白燃的微观反应环节 ， 揭 示煤 自燃 的微观机理 与宏观动力学特征； ④复杂环 境下煤 自燃的形成与发展机制 。研究在大采高 、 高 瓦斯等复杂环境下煤 自燃 的形成过程 ， 建立氧化 自 燃的动力学发展机制。 2 监测 、 探测与预警技术 方向。①建立煤 自燃 预测预报的多参数指标体系 ， 研发更为精确的监测 系统 ； ②研究提高煤 自燃火源 中心位置及范围准确 性 的探测方法和技术 ； ③研究建立煤矿火灾早期监 测、 火灾预警与专家决策分析系统为一体的煤矿火 灾综合预警系统 。 3 防灭火材料 、 技术与装备研究。①在 已建立 的多种防灭火系统基础上， 结合不同矿区或煤层条 件 ， 从效果 、 经济等方面优选适用的综合防灭火技术 手段； ②结合煤火灾害形成演化过程的关键参数研 究 ， 研发绿色 、 高效 、 经济的新型防灭火材料。 4 鉴定与评价方法 。①结合煤 自燃机理研 究 进展 ， 深入研究基于多参数的煤 自燃倾 向性鉴 定理 论 ， 提出煤 自燃倾 向性鉴定 的科学方法 判定 指标 、 标准 ； ②复杂条件下采 空区煤 自燃危险 区域判定 理论与方法 ； ③煤矿火区危险性预判与应急决策 。 5 煤田火灾 防治方 向。① 煤 田火灾 的形成演 化机理 ； ②探测方法与识别理论 。研究煤 田火 区识 别方法， 综合优选煤田火区特征信息参数， 提出煤田 火区范围和程度的反演计算方法； ③远程监测及防 控新技术。在现有煤火灾害监测方法基础上 ， 综合 互联网 、 移动通信技术 、 无线 自组网技术等监测方 法 ， 实现煤 田火灾监测 的 自动化 和网络化 ， 研发高 效 、 低成本的煤 田火区灭控新技术 ； ④煤田火区污染 评价及环境效应 。建立煤 田火灾 污染评价机制 ， 定 量表征煤 田火 灾对大 气 与土壤 等环境 影 响程 度 ； ⑤煤 田火 区的热能利用。 5 结 语 煤火灾害防治关键科学问题是未来我国煤炭工 业亟需解决 的重要课题 之一。梳理 了“ 十二五 ” 期 间我国煤火灾害的基本情况 ， 介绍了我国 目前存在 的矿井煤 自 燃火灾和煤田火灾现状。同时， 结合国 家能源结构及战略布局的发展变化 ， 总结 了矿井煤 自燃火灾和煤田火灾呈现出的新特点及防治研究进 展。煤火灾害复杂性受到煤 自然发火时空演化过程 众多因素的影响 ， 其攻关也必将涉及多学科 、 多专业 的深入融合交叉。从煤 自燃机理等 6个方 向阐述 了 煤火灾害防治领域 的重点研究方 向， 期待能为未来 煤火灾 害科技发展提供一定 的参考 。同时， 笔者也 希望能引起更多学者对煤火灾害科技发展 的关 注， 涌现出更多新颖观点 和科学方法 ， 促进我 国煤火灾 害科技和煤炭工业安全可持续发展。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 邓军 ，文虎 ， 张辛亥 ，等． 煤 田火灾 防治理 论与技术 [ M] ． 徐州 中国矿业大学 出版社 ，2 0 1 4 ． [ 2 ] 邓军 ， 肖 砀， 张辛亥 ， 等 ． 煤火 灾害防 治技 术 的研 究与应 用 [ J ] ． 煤矿安全 ， 2 0 1 2 ， 4 3 s 1 5 8 6 2 ． De n g J u n，Xi a o Ya n g ，Zh a n g Xi n h a i ，e t a 1 ． Re s e a r c h s t a t u s o f p r e d i c a t i n g c o a l s p o n t a n e o u s c o mb u s t i o n [ J ] ． S a f e t y i n C o a l Mi n e s ， 2 0 1 2 ，4 3 S 1 5 8 6 2 ． [ 3 ] 朱令起 ． 矿井火灾预测预警及密闭启封安 全性研究 [ D] ． 北京 中国矿业 大学 北京 ， 2 0 1 0 ． [ 4 ] 姜进军． 白芨沟煤矿渣台隐蔽火区探测技术[ J ] ． 煤矿安全， 2 0 1 4 ， 4 5 7 5 3 5 5 ． J i a n g J i n j u n ． D e t e c t i o n t e c h n o l o g y o n s l a g s t a t i o n h i d d e n f i r e a r e a i n B a i j i g o u c o a l m i n e[ J ] ． S a f e t y i n C o a l Mi n e s ，2 0 1 4 ， 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