采空区自燃“三带”划分与综采面极限推进速度研究

孙晋乐

（山西忻州神达金山矿，山西 忻州 034000）

神达金山矿13#煤层13101 综放工作面采空区内遗煤得到充足的供氧就会使得煤炭发生缓慢氧化反应，而采空区内属相对封闭空间，氧化所产生热量不易及时散失，因此采空区“三带”内的氧化带极易发生自燃现象。本文通过现场观测试验研究，准确地测定出采空区“三带”区域，可为今后消除煤层自然发火隐患提供参考。

1 自燃“三带”划分

根据国内外采空区“三带”划分依据，可将采空区内不同区域的供氧量大小划分为散热带、氧化带、窒息带，具体划分标准见表1。

表1 自燃“三带”划分参数

2 现场试验及结果分析

2.1 试验区域概况

此次试验区域选在13#煤层131 采区13101 综放工作面，该工作面煤岩层总体近南北走向，巷道布置方式为双巷布置，其运输顺槽为进风巷，回风顺槽进行回风。13#煤层倾角为7°～9°，煤层平均厚度及变异系数分别为13.53 m、23.4%，煤层较为稳定。经资质单位对该煤层自燃倾向性进行测定，测定结果为Ⅱ类自燃煤层。

2.2 采空区测点布置方案

采空区内气体流动趋势主要沿走向变化，因此本次试验主要在采空区进、回风侧埋设取样头布置测点。为避免取样管受到顶板或端头支架来压造成破坏，在其外部采用Ф50 mm 钢管进行保护。测点布置如图1。

图1 采空区 “三带”测点平面布置图

束管的前端布置如图2，用快速接头将采样管与保护钢管连接，束管单管伸入取样头，再从采空区进、回风侧钢管中穿出，并随着工作面推进留入采空区内。

图2 气体取样管的设置及保护

2.3 测定结果及分析

根据所布测点的实时监测数据，进、回风巷中埋入的测点随采空区的推移而呈动态变化，其O2含量变化趋势如图3、图4。

分析图3、图4 可知，进风侧测点在采空区以里30.4 m 处和72 m 处测得的氧含量分别为17.96%和9.82%；回风侧测点在采空区以里14.4 m 处和36.8 m 处测得的氧含量分别为17.82%和9.76%。

图3 进风侧测点氧含量随采空区深度变化图

图4 回风侧测点氧含量随采空区深度变化图

由此可判定进风侧自燃“三带”划分为：0～30.4 m 范围为散热带，该区域顶板冒落的岩块呈松散堆积状，孔隙多且大，氧浓度大于18.0%，氧化生成的热量极易被漏风带走；当取样点进入采空区30.4 m 以后，氧气含量开始小于18.0%，埋测管区域以里开始进入氧化带，该区域冒落的煤岩块逐渐被压实，漏风量减小，遗煤开始氧化升温，且升温的热量不易被带走，因此该区域极易自燃发火；根据O2的浓度变化趋势，可确定出窒息带的起始边界线为72 m 以内。回风侧自燃“三带”划分为：散热带为0～14.4 m 范围内，氧化带为14.4～36.8 m范围内，窒息带为36.8 m 以里。

3 综采面极限推进速度的确定

采空区浮煤要自燃，不仅要有一定的浮煤厚度，还需要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

式中：Tmin为浮煤的最短发火期，天。

也就是工作面的推进速度v 小于工作面的散热带到采空区窒息带的最大距离和浮煤最短自然发火期Tmin之间时，就可能发生自燃，即：

13101 综采面散热带到采空区窒息带的最大距离，即氧化升温带最大宽度Lmax为41.6 m。根据氧浓度曲线可知采空区当量氧浓度值CO2=16，则实验氧浓度与实际氧浓度相似比例系数k=1.1，采空区浮煤最短自然发火期Tmin=88 天，可知13101 综采面采空区可能发生自燃的极限推进度为：

因此，当13101 采面推进速度大于0.43 m/d 时，采空区无自然发火危险；当工作面推进速度小于0.43 m/d 时，采空区将有自然发火危险。

目前金山矿13101 工作面每天平均推进速度为1.6 m/d，大于发生自燃的极限推进度，因此，目前以此推进速度，采空区不会出现自然发火的危险，但进风道仍是防火的重点区域。

4 结 论

（1）13101 工作面进风侧处自燃“三带”划分为：散热带为0～30.4 m，氧化带为30.4～72 m（氧化带宽度41.6 m），窒息带为72 m 以里；回风侧自燃“三带”划分为：散热带为0～14.4 m，氧化带为14.4～36.8 m（氧化带宽度22.4 m），窒息带为36.8 m 以里。

（2）当13101 工作面月推进速度大于12.89 m时，采空区无自然发火危险；当工作面月推进速度小于12.89 m 时，采空区将有自然发火危险。