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[摘 要]综合机械化开采工作面的易自燃发火地点为“二道二线”（工作面运输机道、回风道及初采线、停采线）。由于综合机械化放顶煤工作面的一次开采强度大、采空区冒落空间高、采空区遗煤多、工作面顺槽沿着底板一次掘出及服务时间长等原因，因此对自燃发火防治技术的要求更高、更复杂，研究和掌握煤炭自然发火的条件、过程和规律，对防治自然发火有着重要的意义。
[关键词]煤层、自然发火、技术研究
中图分类号：U284.26+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0016-02
我国是煤炭自然发火比较严重的国家，据2002年的统计，我国国有重点煤矿中有自然发火的矿井占51.3%，自然发火占矿井总火灾的90%以上。自然发火危险矿井几乎在所有矿区都存在，以自燃破坏的煤炭资源，每年造成的经济损失达数亿元，仅1999年全国共有87个大中型矿井，因自然发火封闭火区315处，不但造成了严重的煤炭资源浪费，而且威胁着井下作业人员的人身安全。
自20世纪60年代以来，煤炭自然的相关理论研究、实验和综合防治技术取得了显著成就，注入均压、注浆、阻化剂、凝胶、注氮等防灭火技术已成功地得到了应用，自燃火灾发生率明显下降。研究和掌握煤炭自然发火的条件、过程和规律，对防治自然发火有着重要的意义。
矿井火灾事故，特别是自然发火事故，对煤矿安全生产的危害在某种意义上说并不亚于瓦斯、煤尘爆炸事故。煤炭自然发火与外因火灾相比，具有发生、发展缓慢并有规律的演变过程，可在它形成的初期发现。
1 煤炭自燃的研究
1）煤炭自燃研究有新进展
煤炭自燃过程的实质是煤体氧化放热和散热这对矛盾运动发展的过程。当发热大于散热的时候，煤体的热量得以积聚，温度升高，最终导致自燃。因此，研究煤炭的自燃，首先应当研究煤的放热强度。煤体热量产生的最主要根源是煤氧复合，但是由于常温下的煤氧复合速度缓慢，人们一直未能解决放热强度的直接测定问题。
此项研究结果表明：根据煤炭表面分子结构的类型，推出了煤体表面分子存在的7种活性结构，这些活性结构是常温下与氧发生化学反应的主体；煤表面活性结构与氧复合的过程中存在着化学吸附和三步化学反应过程，根据每一步反应时化学键能的变化，可以推算出化学吸附及反应每生成1molCO、等气体产物的平均键能变化量；通过实验可以测定出煤体在不同温度下的耗氧速率、CO及的产生速率，若煤氧复合消耗的氧全部转化成CO和，两者的产生量和各自的实际生成量成正比，则依据耗氧速率、CO和产生速率就可以计算出煤氧复合放热强度；若煤氧复合消耗的氧除了实际生成CO和以外，其余的均与煤发生吸附，那么据此同样可以计算出煤氧复合的放热强度；由于煤氧复合时实际消耗的氧一部分与煤发生化学吸附，一部分与煤反应生成中间产物，还有一部分与煤反应生成CO与，故煤氧复合的实际放热强度则应当介于上述两者的计算结果之间。
2）煤层自燃发火规律研究
综合机械化开采分层开采时煤层的自燃发火明显存在以下规律：第一，就发火点在采空区的分布而言，中部的发火几率低，周边的发火几率高，分别占到综合机械化开采分层采空区发火总次数的10.7%和89.3%，可称为“发火的空间分布规律”。第二，就发火点的生成与工作面的回采关系而言，本分层回采时引起本分层采空区发火的几率低，下分层及邻区准备和回采时引起上分层或相邻采空区发火的几率高，分别占到综合机械化开采分层采空区发火总次数的14.3%和85.7%，可称为“发火的时间分布规律”。
综合机械化放顶煤开采时的煤层自燃发火有以下特点：
第一，就综合机械化放顶煤开采的采空区而言，发火主要威胁仍然来自相邻的采空区，而非本工作面的采空区，分别占到综合机械化放顶煤开采工作面采空区发火总次数的86.7%和13.3%。
第二，采空区发火的重点部位在相邻的采空区“两道”和停采线，分别占到综合机械化放顶煤开采工作面采空区发火总次数的60.0%和26.7%（分层综合机械化开采为42% 和40%）；与分层综合机械化开采工作面的采空区发火相比较，“两道”的危险性有所上升，而停采线的危险性有所下降。
第三，顺槽及初采线顶板煤柱发火十分严重，占与综合机械化放顶煤开采工作面相关联的发火总次数的34.8%，是采煤工艺变化带来的一类特殊类型发火。
另外，综合机械化放顶煤开采时煤层的自燃发火期有缩短的趋势，这仍然是由综合机械化放顶煤开采的巷道布置特点所决定的。
此项研究认为：要充分发挥各种防灭火技术的效能及最大限度减少自燃发火次数，就须高度重视实施各种防灭火措施的相对时间问题；有必要对采空区内部风流运移规律进行深入研究，以便更准确地指导各种防灭火措施的实施。
3）煤炭自燃发火危险性评价指标
煤炭的自燃发火是煤的内在特征（包括煤的自然物理特征和埋藏地质条件）与开采共同作用的结果，人们以此为基础研究出了多种煤炭自燃发火危险性评价的预测方法。其中，以煤的内在因素为基础的分类方法就有交叉点温度法、Olpinski指标、吸氧法、绝热氧化法、煤的初始升温率（IRH）和总温度上升值（TTR）预测方程等。
尽管有大量的实验方法可以用来对煤的自燃发火倾向性进行分类，但是没有哪一种测试方法能够综合考虑影响煤炭自然发火的各种因素。在实验室的条件下无法模拟井下的条件，所以不能够只用单一的某个或者一组实验数据来对煤的自燃发火危险性进行分类评价。因此，许多学者综合了煤炭自然发火倾向性和煤层开采条件等外在的影响因素，研究出了潜伏期法、模糊聚类分类法、经修正过的Bystron和Urbaski分类方法等。英国诺丁汉大学综合考虑了煤体本身的物理特性、地质条件、采矿技术三种因素而开发的专家系统，采用实验室分析结果、地质资料和开采参数来评价煤层开采现场的自燃发火危险程度，其评价指标的计算采用经过修正的Bystron和Urbaski方法，在对煤层自燃发火危险性进行评价的同时可以向咨询者提出建议性的预防措施。
[关键词]煤层、自然发火、技术研究
中图分类号：U284.26+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0016-02
我国是煤炭自然发火比较严重的国家，据2002年的统计，我国国有重点煤矿中有自然发火的矿井占51.3%，自然发火占矿井总火灾的90%以上。自然发火危险矿井几乎在所有矿区都存在，以自燃破坏的煤炭资源，每年造成的经济损失达数亿元，仅1999年全国共有87个大中型矿井，因自然发火封闭火区315处，不但造成了严重的煤炭资源浪费，而且威胁着井下作业人员的人身安全。
自20世纪60年代以来，煤炭自然的相关理论研究、实验和综合防治技术取得了显著成就，注入均压、注浆、阻化剂、凝胶、注氮等防灭火技术已成功地得到了应用，自燃火灾发生率明显下降。研究和掌握煤炭自然发火的条件、过程和规律，对防治自然发火有着重要的意义。
矿井火灾事故，特别是自然发火事故，对煤矿安全生产的危害在某种意义上说并不亚于瓦斯、煤尘爆炸事故。煤炭自然发火与外因火灾相比，具有发生、发展缓慢并有规律的演变过程，可在它形成的初期发现。
1 煤炭自燃的研究
1）煤炭自燃研究有新进展
煤炭自燃过程的实质是煤体氧化放热和散热这对矛盾运动发展的过程。当发热大于散热的时候，煤体的热量得以积聚，温度升高，最终导致自燃。因此，研究煤炭的自燃，首先应当研究煤的放热强度。煤体热量产生的最主要根源是煤氧复合，但是由于常温下的煤氧复合速度缓慢，人们一直未能解决放热强度的直接测定问题。
此项研究结果表明：根据煤炭表面分子结构的类型，推出了煤体表面分子存在的7种活性结构，这些活性结构是常温下与氧发生化学反应的主体；煤表面活性结构与氧复合的过程中存在着化学吸附和三步化学反应过程，根据每一步反应时化学键能的变化，可以推算出化学吸附及反应每生成1molCO、等气体产物的平均键能变化量；通过实验可以测定出煤体在不同温度下的耗氧速率、CO及的产生速率，若煤氧复合消耗的氧全部转化成CO和，两者的产生量和各自的实际生成量成正比，则依据耗氧速率、CO和产生速率就可以计算出煤氧复合放热强度；若煤氧复合消耗的氧除了实际生成CO和以外，其余的均与煤发生吸附，那么据此同样可以计算出煤氧复合的放热强度；由于煤氧复合时实际消耗的氧一部分与煤发生化学吸附，一部分与煤反应生成中间产物，还有一部分与煤反应生成CO与，故煤氧复合的实际放热强度则应当介于上述两者的计算结果之间。
2）煤层自燃发火规律研究
综合机械化开采分层开采时煤层的自燃发火明显存在以下规律：第一，就发火点在采空区的分布而言，中部的发火几率低，周边的发火几率高，分别占到综合机械化开采分层采空区发火总次数的10.7%和89.3%，可称为“发火的空间分布规律”。第二，就发火点的生成与工作面的回采关系而言，本分层回采时引起本分层采空区发火的几率低，下分层及邻区准备和回采时引起上分层或相邻采空区发火的几率高，分别占到综合机械化开采分层采空区发火总次数的14.3%和85.7%，可称为“发火的时间分布规律”。
综合机械化放顶煤开采时的煤层自燃发火有以下特点：
第一，就综合机械化放顶煤开采的采空区而言，发火主要威胁仍然来自相邻的采空区，而非本工作面的采空区，分别占到综合机械化放顶煤开采工作面采空区发火总次数的86.7%和13.3%。
第二，采空区发火的重点部位在相邻的采空区“两道”和停采线，分别占到综合机械化放顶煤开采工作面采空区发火总次数的60.0%和26.7%（分层综合机械化开采为42% 和40%）；与分层综合机械化开采工作面的采空区发火相比较，“两道”的危险性有所上升，而停采线的危险性有所下降。
第三，顺槽及初采线顶板煤柱发火十分严重，占与综合机械化放顶煤开采工作面相关联的发火总次数的34.8%，是采煤工艺变化带来的一类特殊类型发火。
另外，综合机械化放顶煤开采时煤层的自燃发火期有缩短的趋势，这仍然是由综合机械化放顶煤开采的巷道布置特点所决定的。
此项研究认为：要充分发挥各种防灭火技术的效能及最大限度减少自燃发火次数，就须高度重视实施各种防灭火措施的相对时间问题；有必要对采空区内部风流运移规律进行深入研究，以便更准确地指导各种防灭火措施的实施。
3）煤炭自燃发火危险性评价指标
煤炭的自燃发火是煤的内在特征（包括煤的自然物理特征和埋藏地质条件）与开采共同作用的结果，人们以此为基础研究出了多种煤炭自燃发火危险性评价的预测方法。其中，以煤的内在因素为基础的分类方法就有交叉点温度法、Olpinski指标、吸氧法、绝热氧化法、煤的初始升温率（IRH）和总温度上升值（TTR）预测方程等。
尽管有大量的实验方法可以用来对煤的自燃发火倾向性进行分类，但是没有哪一种测试方法能够综合考虑影响煤炭自然发火的各种因素。在实验室的条件下无法模拟井下的条件，所以不能够只用单一的某个或者一组实验数据来对煤的自燃发火危险性进行分类评价。因此，许多学者综合了煤炭自然发火倾向性和煤层开采条件等外在的影响因素，研究出了潜伏期法、模糊聚类分类法、经修正过的Bystron和Urbaski分类方法等。英国诺丁汉大学综合考虑了煤体本身的物理特性、地质条件、采矿技术三种因素而开发的专家系统，采用实验室分析结果、地质资料和开采参数来评价煤层开采现场的自燃发火危险程度，其评价指标的计算采用经过修正的Bystron和Urbaski方法，在对煤层自燃发火危险性进行评价的同时可以向咨询者提出建议性的预防措施。