重点推广项目编号：AQT-3-02

　　主要完成单位：抚顺矿业集团有限责任公司、煤炭科学研究总院抚顺分院

　　立项背景：

　　上世纪九十年代以来，我国综采放顶煤开采技术得到了长足发展，一些地质和生产条件较好的矿井和煤层，充分发挥了放顶煤技术的优势。但是，对于高瓦斯易燃和坚硬煤层实施综放开采的安全技术研究，仍然不能适应我国放顶煤技术的要求，制约和阻碍着一些厚及特厚煤层实施综放开采技术的健康发展。目前，放顶煤开采技术中的各种设备和采煤工艺经过不断研制与改进基本都能适应要求，而当前亟待解决的是对综放开采过程中的安全保证技术的研究。沈阳浦河煤矿、抚顺龙凤煤矿、阳泉一矿等都曾发生过因综放工作面和采空区自然发火而失败、封面和严重影响生产的火灾事故，造成巨大经济损失；还有的综放工作面由于自然发火而导致瓦斯燃爆事故，如阜新王营矿1998.1.24在处理工作面支架上放煤炭自然发火过程中发生了死亡78人的瓦斯爆炸重大事故等。因此，研究解决综放开采自然发火的治理技术，不仅是促进我国占总储量45%的厚及特厚煤层实施综放开采的迫切需求，也是保证当前综采放顶煤安全开采乃至矿井安全的迫切要求。

　　抚顺煤矿是个有着百余年开采史的老矿区，“六害俱全”且很严重。1989.10实施分层开采综放以来至1993年，先后有5个综放面由于煤炭自然发火而被迫封闭。而煤炭自然发火防治技术，尤其综采放顶煤防止煤炭自然发火的早期预报技术，仍是目前国内外产煤国家尚未完全攻克的一个技术难题。为此，1996年，经日本通产生煤炭能源中心和中国原煤炭部煤炭科学院研究总院双方协商确定在老虎台矿实施为期五年的煤炭自然发火防治技术研究项目。提出和研究煤炭自然发火早期预报及防治的前沿关键技术，真正做到“防患于未然”,从而提升我国乃至世界产煤国家矿井防灭火技术的水平和推动煤矿开采技术的进步与发展。

　　项目内容：

　　1、总体思路

　　① 坚定不移的执行“安全第一”方针，严防在实验研究过程中发生瓦斯、煤尘燃爆和重大火灾事故，确保矿井安全。

　　② 进行煤炭发火气味特性和发火进程温度场场效应特性的理论研究，实施煤炭发火早期预报和提高发火预报准确率的技术手段。

　　③ 在进行研究的过程中，研制和建立以下装备和安全系统：

　　A、用于瓦斯抽放管路内的CO、CH4、负压、温度、气味传感器；

　　B、风流CO、气味、温度传感器；

　　C、由各种传感器和井下信号发射器、地面接收盘组成的自然发火早期预报监测系统；

　　D、煤炭自然发火特性实验装置；

　　E、由温度传感器和温度纪录仪组成的煤壁温度监测系统；

　　F、由注浆泵、搅拌机和软管组成的小型移动注浆装置。

　　④ 实验室理论研究与分析工作分别在抚顺分院和日本北海道大学的实验室进行，现场实验与应用在老虎台矿井下有关巷道和工作面进行。

　　2、技术方案与主要内容

　　通过煤炭气味特性、发火标志气体指标、煤炭自燃进程温度场场效应特性等相关理论和传感器的实验研制，建立煤壁温度监测、发火早期预报监测系统；实施注浆、防漏风、快速密闭等防火技术。

　　实验地点：68001和78001-I综放面、-540 ～ -730m水平、抚顺分院和北海道大学实验室。

　　研究内容：

　　A、煤炭自然发火早期预报监测系统（包括CO、CH4、负压、温度、气味传感器和信号发射器及地面接收与数据处理装置等）研制与应用；

　　B、煤壁温度监测系统（温度传感器和温度纪录仪等）的研制与应用；

　　C、移动注浆装置（注浆泵、搅拌机和输送管路等）的研制与应用；

　　D、煤炭气味特性研究及其监测仪器的研制与应用；

　　E、煤炭自然发火标志气体指标的实验研究；

　　F、煤炭自燃进程温度场场效应特性实验装置的研制与实验研究。

　　创新点：

　　1、通过对煤样升温氧化过程中气味产生的物理化学参数、气味变化与气体成分变化关系等气味特性以及气味指标用于早期预测预报煤自然发火的可行性的实验研究发现，气味监测是自然发火早期预报的一种有效手段。比较使用CO等标志气体的检测方法，气体检测方法能够较早的检测煤炭在低温氧化时释放气味的微弱变化，其温度较CO提前20 ～ 30℃。

　　2、采用绝热氧化试验，得出了煤样温度上升曲线近似表达式的常数A以及A值与煤炭化学、物理性质的关系等，较真实地反映出煤在井下实际条件下的氧化特性，在一定程度上探明了煤炭自然发火的特性，具有较大理论价值。

　　3、研制出的气味传感器，可与自然发火监测系统相连，并大大提高煤炭自然发火预测报的准确率。

　　与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较：

　　煤炭自然发火预测预报技术，国内外早有研究与应用，但大多是采用H2、CO、CO2等气体检测法。该项目研究出的气味检测法及研制的气味检测仪能够较早的检测出煤炭在低温氧化时释放气味的微弱变化，其温度较CO等气体检测法提前20 ～ 30℃，因此，比气体检测法能够更早的检测出煤炭初期发火的征兆，更加有效地做到“防患于未然”。该项技术及设备的研究与应用，在国内外尚属首次。

　　绝热氧化测试研究，首次采用小煤量、高精度实验装置试验预测煤的自然发火特性，模拟煤炭自然发火的井下环境条件，较真实地反映煤在井下实际条件下的氧化特性，具有较大的理论价值。

　　研制出的煤炭自然发火早期预报监测系统（包括CO、CH4、温度、负压、气味传感器和信号发射器及地面接收与数据处理装置等），较国内外同类监测系统，其功能更加完善，预报更加准确，效果更加显著。

　　该项目的研究成果，尤其在煤矿应用气味检测法及绝热氧化试验等具有国际领先水平。

　　应用情况：

　　《煤炭自然发火早期预报与防治技术研究》，即《中日防治自然发火技术合作研究项目》，经在老虎台矿三年（2001.4  ～ 2004.6）多的现场实际应用，先后安全开采了6个综放工作面，生产煤炭（产量）743.01万t，取得了显著的技术成果及经济效益。

　　1、煤炭自然发火早期预测预报监测系统、煤壁温度自动监测系统和注浆防火系统的建立与完善，提高了矿井安全装备水平，并在实际应用中取得了明显效果。不仅杜绝了矿井水灾，而且矿井自然发火次数和百万吨发火率由1996年的97次和27.71，下降到1999年的6次和1.71，分别下降了93.81%和93.83%，以后至今仅发生1次自然发火现象。保证了矿井安全、正常生产，提高了企业的经济效益。

　　2、包括移动式和固定式注浆泵以及粉煤灰为原料的防火注浆系统的推广应用，为封闭旧巷、高冒顶防火尤其分层综放开采的采空区防火治理，提供了方便、快捷、有效的防火措施与手段，收到了十分明显的效果。

　　3、气味传感器和便携式气味检测仪的现场实际应用，为自然发火早期预报和及时采取针对性防治措施，提供了方便快捷的科学依据。比较适用CO等标志气体的检测方法，气味检测法能够较早的检测煤炭在低温氧化时释放气味的微弱变化。老虎台矿在煤体温度20 ～30℃左右即可检测出气味，为真正做到“防患于未然”提供了更加有力的时机。

　　4、研究项目确定的老虎台矿煤层自然发火标志气体（CO、C3H8/C2H6和C2H4、C3H6）指标，经在78002-I、78002-Ⅱ、68002-E、63001等多个综放工作面的实际应用，较为符合实际。每天采集300多个气样的分析结果表明，其预测预报的准确率在92%以上。