近距离煤层综采面采空区自燃“三带”范围的确定

摘 要：采空区自燃“三带”划分是矿井防灭火基础工作之一。根据井工二矿11煤21103工作面实际情况，沿采空区回风巷布置3个测点测定采空区气体成分，依据采空区氧化升温带长度，划分自燃“三带”范围，确定工作面最低推进速度，为防治采空区遗煤自燃提供科学依据，保证工作面安全回采。

关键词：极近距离煤层；采空区；自燃“三带”；确定

采煤工作面采空区自燃“三带”（散热带、氧化带、窒息带）的范围是煤矿井下防灭火技术方案设计及制定的重要依据。目前，井工二矿4#、9#煤层已回采完毕，主采11#煤层，该层煤的厚度2.75～7.47m，平均4.25m，与上覆9#煤层的层间距2.1～10.83m，平均6.6m，为近距离煤层群开采。11#煤为自燃煤层，自燃倾向Ⅱ级，自燃发火期3～6个月。11煤开采过程中上下两层采空区将沟通，在采空区漏风作用下极易引起采空区遗煤自燃；9#、11#煤层中间赋存不可采的10#煤，10#煤硫分高，煤层易自燃。研究11煤综采面采空区“三带”范围，对矿井采取针对性的防灭火措施具有现实指导意义。

1 综采工作面采空区自燃影响因素分析

1）煤体自燃危险倾向性。自燃危险倾向性是煤体的本质属性和天然特征，不同种类的煤体其自燃发火期长短不同，发火期越短，说明该类煤越容易自燃。2）氧浓度。氧气浓度很小时，遗煤处于缺氧窒息状态，自燃困难；相反，氧浓度越大越容易为煤体自燃创造条件。3）漏风强度。采空区漏风强度较大时，遗煤氧化时释放出的热量将被大量风流带走，煤体温度难以继续升高；若漏风强度太小，采空区氧气浓度随之降低，遗煤同样不具备自燃的客观条件。4）瓦斯浓度。采空区遗煤自燃时首先进行气体挥发份燃烧，瓦斯作为可燃气体且与煤体的伴生关系，大量高浓度瓦斯可提高遗煤挥发份的浓度，为遗煤自燃创造条件。5）工作面推进速度。工作面不断向前回采，后方顶板垮落形成采空区，采空区内遗煤自燃发火相对时间较长，而加快工作面推进速度，可将采空区遗煤在形成自燃发火条件前甩至难以自燃的窒息带。

2 采煤工作面采空区自燃“三带”的测定

2.1 观测方案的制定

21103综采工作面为11煤首采面，面长300.5m，推进长度1496m。工作面煤厚3.26～6.31m，平均4.5m。采煤方法為倾斜长壁综后退式全部垮落综合机械化采煤，设计采高4.2m。测试方案采用常规的埋管抽气法，通过管路抽取采空区气样，采样后在实验室内用气相色谱仪进行分析，根据各气体浓度变化规律划分采空区自燃“三带”分布范围，之后，合理制定采空区防灭火技术的工艺参数以及科学的工作面回采速度。

2.2 测点布置

在回风巷靠近巷帮一侧预埋3芯束管（束管套PE管加以保护）进行采空区气体观测，束管采样探头设在回风巷内，吊挂在巷帮铁丝网上。采空区气体成份测定范围为工作面后方300m，测点间距50m，待3#测点进入采空区200m后结束观测。

2.3 观测结果分析

1）采空区CO变化及分布规律分析。随测点距工作面距离的变化，2#测点和3#测点推进至距工作面36m的时候，CO气体出现峰值分别为32ppm、36ppm，然后开始下降。1#测点的CO浓度峰值出现在距工作面深度50m处，最高达到30ppm，然后随着测点与工作面距离增加气体浓度下降，到120m前后开始稳定。2）采空区O2变化及分布规律分析。随测点与工作面距离的增减，1#、2#、3#测点O2浓度总体呈线性下降趋势，1#测点的氧气浓度在110m左右下降到10%以下，3#测点的氧气浓度在124m下降至9.5%，2#测点的氧气浓度在120m时下降至10%。分析采空区内O2浓度的降低主要有原因，一是反应采空区内漏风量的大小；二是反应采空区内不同测点的煤常温氧化耗氧情况。

2.4 采空区“三带”范围确定

按照通用指标，即根据各带间氧气浓度的大小来划分“三带”范围，散热带内由于漏风充分，其氧浓度偏高，常取大于18%；窒息带的氧浓度小于10%，氧化带内的氧浓度为10～18%。以氧气浓度变化最终确定11煤采空区自燃“三带”范围为：散热带：0～35m；氧化带：35～160m；窒息带：>160m。

2.5 工作面最低推进速度的确定

工作面开采条件不变时，散热带和氧化带的宽度在一个范围内波动，加快推进度缩短采采空区遗煤在氧化带内暴露时间，防止煤体自燃。采空区遗煤要自燃，不仅有一定的浮煤厚度，还需具备足够的时间维持该区域的条件不变，即维持时间必须达到：T>Tmin。式中：Tmin为浮煤的最短发火期，天。根据现场生产经验结合国内外同煤种自燃实验最短发火期，确定11#煤层最短发火期，Tmin为84天。工作面推进速度V小于的散热带到采空区窒息带的最大距离和浮煤最短自燃发火期Tmin之商时，可能发生自燃，即：

Tmin=84天，推导出：vmin===1.02m/d。即，推进速度大于1.0m/d时，采空区无自燃发火危险；否则将有危险。因此，为有效防止21103综采工作面采空区遗留自燃，制定工作面最小推进速度为1m/d。

3 结论

1）采用沿采空区回风巷布点的方法对采空区气体进行了全面的测定，为确定采空区自燃“三带”范围提供可靠现场参数。2）通过检测工作面采空区O2浓度得出，采空区自燃“三带”范围为：散热带：0～35m；氧化带：35～160m；窒息带：>160m。3）采空区内CO高浓度区都分布工作面后方30～60m，此范围处于自燃带范围内，与“三带”划分范围相吻合。4）根据自燃“三带”范围，计算出工作面最低推进速度，为采面合理组织生产，实现安全开采提供依据。

参考文献：

[1] 王德明.矿井通风与安全[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005.

[2] 杨胜强，张人伟，邸志前.综采面采空区自燃“三帶”的分布规律[J].中国矿业大学学报，2000，29（1）：93-96.

[3] 鲜学福，王宏图，姜德义.我国煤矿矿井防灭火技术研究综述[J].中国工程科学，2001，3（12）：28-32.

作者简介：

梁峰（1985-），男，山西临汾人，助理工程师，毕业于阳泉职业技术学院采矿工程专业，现在井工二矿从事生产技术工作。