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煤炭是我国的主体能源，但煤炭开采面临着有煤自燃灾害的严重威胁。煤自燃不仅烧毁大量煤炭资源，还易引发瓦斯燃烧、爆炸等重特大事故，造成巨大的经济损失和重大的人员伤亡。为了进一步提高煤矿企业对煤自燃灾害的防控能力，推动我国煤炭资源的安全高效开采，分析了煤自燃理论的研究现状，总结了煤自燃监测预警的主要方法和技术，对比分析了煤矿常规的防灭火技术，介绍了煤自燃防治技术的最新发展及应用效果，并提出了煤自燃过程特性及防治技术的未来研究方向。较详细地阐述了煤自燃过程及特性理论基础，主要包括煤自燃的低温氧化过程机制、煤自燃分段过程特性及特殊条件下的煤自燃特性；较全面地总结了包括标志气体方法、测温法等多种煤自燃监测预警技术的原理以及各类技术的优缺点。在上述煤自燃理论和监测预警基础上，针对常规注浆、注惰气等技术对煤自燃防控效果有限、难以满足矿井安全高效开采的问题，研发了三相阻化泡沫、凝胶泡沫、无机固化泡沫、稠化砂浆等防灭火技术，同时介绍了液氮( 液态二氧化碳) 快速灭火降温技术。此外，为了满足煤矿智能化、精准化开采对矿井煤自燃防治的新要求，在矿井火灾监测指标信息化与预警智能化、火源辨识与防治技术控制精准化、防灭火材料绿色化等方面提出了下一步的研究展望。 引言 《国家中长期科学和技术发展规划纲要》 (2006—2020 年) 公共安全领域提出要重点研究煤矿自燃的监测与预防技术。近年来，国内外学者对 煤的自燃过程和特性进行了大量的研究，同时也提出了多种技术手段用于监测和治理矿井的煤自燃灾害。因此，为了综合体现矿井煤自燃领域的研究进 展及最新成果，推动我国煤自燃基础理论及防治技术的进一步发展，笔者分析了国内外关于煤自燃过 程特性的研究现状，总结了矿井常用的煤自燃监测手段及防治技术，并提出未来煤自燃理论和防治技术的发展和研究方向。 大纲 煤自燃过程机理及特性 1.1 煤自燃低温氧化过程机制 1.2 煤自燃过程特性 1.3 特殊条件下煤自燃特性 煤自燃监测预警技术 2.1 煤自燃标志气体定量测定 2.2 煤自燃特征温度光纤监测 煤自燃防治技术 3.1 煤自燃复合阻化技术 3.2 三相阻化泡沫防灭火技术 3.3 凝胶泡沫防灭火技术 3.4 无机固化泡沫防灭火技术 3.5 稠化砂浆防灭火技术 3.6 液氮( 二氧化碳) 防灭火技术 我国煤矿煤自燃防治研究展望 目前，国内外学者从煤自燃机理、煤自燃监测预 警和防治技术方面进行了积极的研究，取得了较多 的创新性成果，推动了我国煤炭资源的安全高效开采。为此，提出以下建议和展望。 1）在矿井火灾监测指标信息化方面，进一步深 度解析煤自燃的过程机理和特性，从煤大分子结构 逐步活化的空间时间尺度研究不同种类基团反应路 径及特征产物生成的相互影响，探究煤自燃尤其是 缓慢氧化阶段的监测指标精细化标准，与大数据技 术融合，实现矿井火灾监测指标的信息化;强化煤自 燃标志气体、温度等井下快速监测的红外和激光光谱技术，发展智能化开采中隐蔽火源发生的直接探 测技术，建立智能开采平台下的煤自燃发生发展信 息指标模型和数据信息平台，为矿井火灾智能预警 提供数据支撑。 2)在矿井火灾预警智能化方面，关键是火灾监 测信息的大数据处理、异常信息的识别与自学习，进 而实现矿井火灾智能化预警平台的构建。 因此，需 要加强影响煤自燃监测指标的地质因素、开采因素、井下动力因素等信息反馈系统的发展，建立多因素 共存下煤自燃监测信息异常因素辨识的自反馈学习 体系，建立煤自燃预警分级指标和异常因素辨识处 置专家系统，构建煤自燃监测信息进步学习的智能 化预警平台实现煤自燃的精准分级预警，为火源精 准辨识提供依据。 3)在火源辨识精准化方面，基于井下不同位置 处的智能化预警信息，结合透明地球物理方法，以多 物理场耦合和空间云计算为技术支撑，实现隐蔽火 源区域信息透明化。 因此需要发展区域信息探测技 术，精细化透明化隐蔽火源周围的区域信息，建立与 智能开采一体的区域化信息探测平台，提出火源信 息反演方法，构建网格化隐蔽火源空间的多物理场 信息系统，实现火源的精准化辨识，为矿井火灾技术 的精准实施提供科技支撑。 4)在绿色煤自燃防治技术方面，针对高分子等 有机防灭火材料日益凸显的放热、燃烧、促进煤自燃 等问题，国家煤矿安监局于 2020 年 3 月 8 日组织起 草了《 煤矿井下反应型高分子材料安全管理办法》 ，提出要对高分子材料的应用严格控制，在井下充填、加固等领域应谨慎使用高分子材料。 为此，应更多 地研制以无机材料为主体的低成本、无放热、无污染 的矿用防灭火材料。 为了减小防灭火材料对矿井环 境的影响，研制矿用的绿色发泡剂，降低对井下环 境、地下水的污染，在此基础上研发高膨胀倍率的发 泡体材料以降低煤矿企业的防灭火成本。 根据各类 防灭火材料的特点，研发适用于煤矿井下狭小空间 的自动化程度高、操作便捷、耗能低、体积小的制备 装置及系统，为煤自燃高效防治提供关键技术支持。
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