采空區(qū)自然發(fā)火的原因及防治安全技術(shù)措施

艾合買(mǎi)提·庫(kù)爾班

搞 要：采空區(qū)自然發(fā)火的特點(diǎn)和產(chǎn)生原因，采空區(qū)自然發(fā)火的防治及安全技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)自然發(fā)火；原因；防治；安全技術(shù)措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.057

1 引言

根據(jù)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐表明，礦井發(fā)生內(nèi)因火災(zāi)，90%以上都是采空區(qū)自然發(fā)火引起的。

如拜城縣峰峰煤焦化有限公司建礦60多年以來(lái)，前后四次進(jìn)行了開(kāi)采方法技術(shù)改造，現(xiàn)應(yīng)用的走向長(zhǎng)臂后退試綜合機(jī)械化采煤方法由1971年以來(lái)采用的“倉(cāng)儲(chǔ)式”和2009年以來(lái)采用的“偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤方法與單體液壓懸移支架”采煤方法的基礎(chǔ)上改造過(guò)來(lái)的。隨著礦井開(kāi)采范圍的擴(kuò)大，開(kāi)采深度的增加，煤層地質(zhì)構(gòu)造，煤層變質(zhì)程度，煤的自然傾向性的變化，礦井壓力的增加，采空區(qū)自然發(fā)火不斷發(fā)生，且較其它內(nèi)因火災(zāi)有更大的隱蔽性和危險(xiǎn)性，特別是高瓦斯礦井較難選擇適合的滅火措施，給礦井的安全生產(chǎn)、職工生命帶來(lái)了嚴(yán)重威脅、對(duì)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染。因此，搞清楚采空區(qū)自然發(fā)火特點(diǎn)和產(chǎn)生的原因，根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的有效安全技術(shù)措施，是防治采空區(qū)自然發(fā)火的關(guān)鍵，是保證安全生產(chǎn)的重要舉措。

2 采空區(qū)自然發(fā)火的特點(diǎn)及原因

2.1 采空區(qū)自然發(fā)火的特點(diǎn)

采空區(qū)自然發(fā)火屬于礦井內(nèi)因火災(zāi)，但他于巷道其他自然發(fā)火相比其特殊性是：

（1）采空區(qū)自然發(fā)火主要發(fā)生在采完但沒(méi)有清理完的老采空區(qū)，或采煤工作面受到壓力，頂板發(fā)生冒頂壓煤的采區(qū)里，地質(zhì)構(gòu)造帶，煤體破碎帶及裂隙特別發(fā)育的地方。（2）由于采空區(qū)自然發(fā)火的各種環(huán)境比較復(fù)雜，影響因素多，因而具有很大的隱蔽性，不易發(fā)現(xiàn)和處理。（3）走向長(zhǎng)臂后退試綜合機(jī)械化采煤工作面工作面向采空區(qū)串風(fēng)嚴(yán)重，采空區(qū)丟煤多，采空區(qū)垮落的頂煤及相鄰采空區(qū)極易發(fā)生自然發(fā)火。（4）高瓦斯礦井，采空區(qū)處理不完善、瓦斯抽放不達(dá)標(biāo)，采空區(qū)浮煤自然可能引起瓦斯燃燒或爆炸，產(chǎn)生大面積煤層自然。（5）采空區(qū)火區(qū)啟封或進(jìn)行滅火時(shí)危險(xiǎn)程度大。（6）自然發(fā)火的采空區(qū)，注水，注漿等產(chǎn)生的水蒸汽、“水煤”與瓦斯共同存在，爆炸危險(xiǎn)性大。

（7）采空區(qū)自然，熱風(fēng)壓自供氧，自然發(fā)火過(guò)程溫度高，反應(yīng)速度快，滅火難度大。

2.2 采空區(qū)自然發(fā)火的原因

（1）煤層厚度和傾角。煤層厚度和傾角越大，自然危險(xiǎn)性越大。因?yàn)殚_(kāi)采厚度和傾角較大的煤層時(shí)，煤炭回收率低，采空區(qū)丟煤多。（2）開(kāi)拓開(kāi)采條件。開(kāi)拓、開(kāi)采方式選擇的合理與不合理是直接影響采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火的重要因素。（3）地質(zhì)構(gòu)造。煤層中有地質(zhì)破壞的地方（如褶皺，斷層，破碎帶和巖漿侵入?yún)^(qū)等）進(jìn)行開(kāi)采工作，采空區(qū)煤炭自然發(fā)火現(xiàn)象比較頻繁。（4）圍巖性質(zhì)。頂板的物理機(jī)械性質(zhì)（結(jié)構(gòu)，硬度，可塑性等），也是直接影響采空區(qū)自然發(fā)火的主要因素。（5）瓦斯涌出量，開(kāi)采速度，產(chǎn)量，落煤工藝，提升能力，通風(fēng)壓力，采空區(qū)封閉質(zhì)量等因素是采空區(qū)自然發(fā)火的主要因素。（6）煤的自然傾向性。煤的自然發(fā)火期是在進(jìn)行開(kāi)采過(guò)程中是直接影響采空區(qū)自然發(fā)火的主要因素。（7）自然的連續(xù)供氧條件。易于發(fā)生自然發(fā)火的采空區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造帶及裂隙發(fā)育等地方都存在連續(xù)的供氧條件，但其連續(xù)供氧的方式都有所不同。對(duì)采空區(qū)來(lái)說(shuō)，漏風(fēng)量少，則空氣擴(kuò)散難。采空區(qū)頂部空氣成分的變化密度大，靜壓值比采空區(qū)底部高，氣體流動(dòng)方向自頂部至底部，能將頂部的氧氣供給給底部燃燒的煤炭，這樣形成連續(xù)供氧。采空區(qū)面積大，自然發(fā)火時(shí)流過(guò)的風(fēng)流能形成風(fēng)流紊亂狀態(tài)，這是產(chǎn)生熱風(fēng)壓的主要因素。（8）采空區(qū)內(nèi)的煤氧化后，產(chǎn)生熱量，便其溫度升高（采空區(qū)底部），采空區(qū)頂部有溫差，就產(chǎn)生微量的熱風(fēng)壓。在熱壓的作用下，采空區(qū)內(nèi)底部的熱空氣接觸頂部低溫空氣，為采空區(qū)自然提供了連續(xù)的供氧條件。

采空區(qū)內(nèi)的熱風(fēng)壓值可按下面公式來(lái)計(jì)算：

P熱=10ZP△T/T

式中： P熱---熱風(fēng)壓，Pa

Z---采空區(qū)頂板和底板之間垂直采高，m

p---采空區(qū)中空氣密度，kg/m?

△T/---采空區(qū)內(nèi)溫度增值，℃

T---采空區(qū)內(nèi)正常空氣溫度，℃

由上式可知，熱風(fēng)壓的大小與采空區(qū)的高度和溫度增值有關(guān)，高度越高，溫度增值越大，產(chǎn)生的熱風(fēng)壓越大。

由上式還可以看出，在采空區(qū)高度一定的情況下，采空區(qū)存在的時(shí)間越長(zhǎng)，采空區(qū)內(nèi)浮煤氧化聚熱越多，熱風(fēng)壓越大。熱風(fēng)量在采空區(qū)內(nèi)擴(kuò)散，熱風(fēng)壓所產(chǎn)生的風(fēng)速均較小，不能將采空區(qū)內(nèi)煤氧化所產(chǎn)生的熱量帶走，產(chǎn)生的熱量積聚越多，溫度升高，就加速了煤的氧化，最終導(dǎo)致采空區(qū)自然發(fā)火。

3 采空區(qū)自然發(fā)火的防治及安全技術(shù)措施

根據(jù)采空區(qū)自然發(fā)火的特點(diǎn)和源因，可以采取以下安全技術(shù)措施來(lái)防治采空區(qū)自然發(fā)火。

（1）進(jìn)行開(kāi)拓、開(kāi)采工作以前必須掌握煤層的地質(zhì)資料，選擇合理的開(kāi)拓系統(tǒng)和開(kāi)采方法，減小采空區(qū)里面的丟煤量，改變供氧條件和熱風(fēng)交換條件來(lái)防治采空區(qū)發(fā)行自然發(fā)火。（2）在采空區(qū)內(nèi)，應(yīng)用高壓管子等灌注黃泥漿等方法來(lái)防治采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火。（3）注水法來(lái)防治采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火。根據(jù)水能吸熱降溫的物理特性，將高壓水管直接往采空區(qū)進(jìn)行連續(xù)注水，在采空區(qū)里面殘煤表面形成水膜，防止和減弱殘煤與氧氣的接觸，防止煤的氧化，以此來(lái)防治采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火。（4）工作面回采工作結(jié)束后必須在所有與工作面相通的巷道中設(shè)置密閉墻，全面封閉采空區(qū)，防止采空區(qū)漏風(fēng)，達(dá)到防治采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火的目的。（5）完善注氮系統(tǒng)，回采工作結(jié)束后，采空區(qū)進(jìn)行永久封閉，采用采空區(qū)注氮方法來(lái)防治采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火。（6）安裝可靠的采空區(qū)自然發(fā)火預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)防治采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火。（7）布置采區(qū)時(shí)必須根據(jù)運(yùn)輸、提升、回采和供風(fēng)等情況合理布置，采用加快回采速度、減少采空區(qū)漏風(fēng)等措施來(lái)防治采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火。

4 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，在煤層自然傾向性和地質(zhì)條件都相同的情況下，通過(guò)改變技術(shù)條件和設(shè)備條件，提高管理水平等措施來(lái)防治采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火是切實(shí)可行的。

參考文獻(xiàn)：

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