煤礦井下采空區自燃“三帶”的探討與考察

烏蘇四棵樹煤炭有限責任公司 新疆維吾爾自治區 833019

摘要：本文主要探討煤礦井下采空區自燃“三帶”的劃分、監測及分析，確定自燃“三帶”區段，保證采煤工作面的正常回采。

關鍵詞：煤礦；自燃；三帶

引言

根據采空區自燃“三帶”的劃分、監測及分析，自燃“三帶”區段，根據該區段采取針對性措施，確保安全生產。

一、采空區自燃“三帶”劃分

按采煤工作面采空區內浮煤自燃危險性的不同，可將采空區劃分為散熱帶、自燃帶和窒熄帶。在采煤工作面推進過程中，采空區自燃“三帶”范圍和寬度隨采煤工作面漏風量、氧濃度、浮煤厚度和采空區溫度等因素動態變化。

自燃“三帶”的定性劃分指標主要可分為3類：⑴按照氧濃度劃分采空區自燃“三帶”；⑵用溫升率指標劃分采空區自燃“三帶”；⑶按照采空區內漏風風速指標劃分自燃“三帶”。根據自燃“三帶”的劃分情況，可以確定綜放面對自燃防治有利的最低月推進度和最長停采撤架封閉時間。

一般認為劃分漏風散熱帶和自燃帶的指標為：氧濃度18%、日升溫速率≥、漏風風速0.015m/s。劃分自燃帶和窒熄帶的指標為：氧濃度≤8%或10%，日升溫速率≤1℃/d，漏風風速0.00033m/s。自燃帶和窒熄帶的標準采用10%較多。

二、采空區自燃“三帶”監測

1.采空區自燃“三帶”監測方案

進回風巷內沿底板向采空區各埋設一趟8芯束管，束管長度150m，沿進、回風巷向外間隔30m各布置5個采樣頭。以上采樣頭一旦進入采空區即開始取氣分析，直至取樣分析結果表明采樣頭已經進入窒息帶。如果因為管路被砸斷等原因導致分析數據無意義時必須重新鋪設束管。

2.采空區自燃“三帶”分布的影響因素分析

煤體自燃過程是一個非常復雜的動態過程，這個過程由煤體內在自燃性和外界條件共同決定。綜放面采空區自燃“三帶”是個動態的變化范圍，隨著推進度、漏風量、注氮量等多種因素變化而變化。因而采空區自燃“三帶”的寬度受到多因素的共同影響而動態變化。其具體的影響因素如下：

（1）進度影響

采空區自燃“三帶”的區域是一個動態的范圍，隨著工作面的向前推進而動態的變化。當工作面推進速度緩慢甚至停產的情況下，處于采空區自燃帶內的浮煤由于供氧蓄熱的時間延長，氧化程度增強。

⑵采煤方法及回采率的影響

煤炭氧化自燃與礦井開拓方式和方法、采區布置、開采方法、礦井通風方式和各個通風區域的分風方式有直接關系。開采自燃煤層時為防治煤炭自燃，選擇適宜的開采方法十分重要。一般開采自燃煤層選用的開采方法必須滿足下列條件：采凈煤炭，無遺煤或少遺煤；減少破壞煤體完整性的礦壓作用；保持煤層及分層回采順序，不超序掏采，杜絕或減少層間或煤體間的漏風；盡量保證煤層在確定的開采規模下及時采完，浮煤處于自燃帶的時間不超過自然發火期；采用適宜的回采工藝，保證工作面的推進度和落煤工藝，避免煤炭過度破碎。

⑶采空區漏風供氧的影響

漏風供氧既取決于漏風強度、供氧濃度、煤耗氧速率，也取決于煤的孔隙率、煤升溫形成的熱風壓、煤中瓦斯釋放量等因素。漏風供氧狀況對煤的氧化升溫也有決定性作用。煤的氧化性既取決于煤的自燃氧化放熱性，也受到各種外部供氧、儲熱、散熱條件的制約，外部條件改變還將使煤的熱源點降溫而停止自燃過程。因此，只有漏風量形成易燃風速區時才可能形成逆著漏風方向發展的自燃點。據資料介紹，最易出現煤自燃發生的漏風量為0.3～0.6 m3/min·m2。

采空區煤自燃與漏風量密切相關。漏風量越大，采空區三帶中處于自燃帶的浮煤范圍越大，因而保持相同推進度，處于自燃帶內的浮煤的氧化時間明顯延長，浮煤的自燃危險性大大提高。另外，如果采空區漏風量增大，對采取注氮為主要手段的防火措施產生極為不利的影響，稀釋被采空區惰化的空氣，增加了煤自燃的危險性。

不增加堵漏風、注氮量、注漿等防火措施的情況下，增大工作面的風量，明顯增大采空區的漏風量，增加了采空區自燃帶浮煤的自燃危險性。

⑷注氮對采空區自燃“三帶”寬度的影響

氮氣防滅火技術的實質是將氮氣送入自燃帶，使該區域空氣惰化，氧氣濃度降低到煤自然發火的臨界濃度以下，以抑制煤的氧化自燃，直到火區窒熄。綜放工作面采空區防火注氮采用埋管注氮工藝。應用束管監測系統考察采空區自燃三帶范圍，根據考察結果調整埋管步距，確保注氮管路出口在采空區自燃帶內。

3.采空區自燃“三帶”實測分析

對采煤工作面采空區煤炭自燃氧化“三帶”進行實測，氣體成份可以采用實驗室的氣相色譜儀進行處理分析，然后建立區自燃“三帶”FLUENT 數值模擬進一步進行分析對比。

4.自燃“三帶”與工作面推進速度、自然發火期間關系

（1）自燃“三帶”與工作面推進度關系

采空區自燃“三帶”的相對位置在時間上是隨時間變化的，在空間上是向工作面方向移動的。在工作面風量不變，推進度發生變化的情況下，自燃帶的分布范圍也將發生變化。

（2）自燃“三帶”與自然發火期關系

在綜放面正常回采期間，盡可能加快推進，加強自然發火預測預報。在綜放面過構造帶和設備檢修需要長時間停產的情況下，加強綜放面自然發火預測預報，采用注氮和注漿為主的綜合防滅火措施，工作面推進速度能夠保證在最短自然發火期之內將采空區內遺煤甩進窒熄帶，有效保證采空區內浮煤在工作面開采過程中不出現自燃情況。

小結

⑴通過在采空區鋪設束管，利用束管系統分析采空區測點氣體組份變化情況，考察了采空區氧濃度隨工作面推進的變化規律，劃分出采空區自燃“三帶”實測區段，<20 m為散熱帶，20～93 m范圍內為自燃帶，>93m為窒息帶。

⑵ 利用Fluent 軟件對采空區漏風分布進行模擬，根據漏風風速標準劃分出了采空區自燃三帶，模擬結果與實測結果吻合。結合Fluent 軟件模擬采空區漏風分布情況，根據漏風風速劃分采空區“三帶”，得到采空區自燃三帶結果為18～93 m，與實測結果相符。在此基礎上，通過Fluent 軟件模擬得到：隨著工作面風量的增大，進回風側及工作面中部氧化帶范圍最遠距離和最近距離都將增加，氧化帶的范圍也增大；隨著日推進度增加，工作面回風側自燃帶寬度也相應增加，近似成線性關系，但發火期隨著日推進度增加而縮短。結合A5煤層煤樣最短自然發火期為35天，在保持工作面通風量和開采條件不變的情況下，防止工作面采空區自然發火的最低推進度為2.21 m/d。

作者簡介：

賈華憲，男，漢，1964年7月12日出生，畢業于新疆工業高等專科學校，助理工程師，目前在新疆烏蘇四棵樹煤炭有限責任公司八號井任職。