綜放采空區遺煤自然發火規律及防治技術

張海州

摘要：在礦井災害中，礦井火災救災難度最大、技術要求最高、安全系數最小，當事故發生后，引發次生災害的可能性最大。因綜采放頂煤一次開采強度大，冒落空間高，工作面供風量相對較大，一次性遺煤較多，漏風強度較大，采空區兩道堆積大量松散煤體等原因，使得采空區遺煤自燃危險性增加。采空區松散煤體自燃有它自身的特點，而引起采空區煤體自燃的環境與其它形式的煤體自燃又有所不同，為此，了解采空區遺煤自燃的特點，并對其自燃環境進行分析，對于防止煤的自燃及制定及時有效的防滅火措施有著一定的指導意義。

關鍵詞：綜放采空區；遺煤；自然發火規律；防治技術

煤自燃是一個緩慢地自動氧化、放熱、升溫最后引起燃燒的過程。煤體自燃主要是由煤氧復合作用并放出熱量而引起，煤的氧化放熱是熱量自發產生的根源，是引起煤炭自然發火的根本原因之一。當煤與空氣接觸后，煤與氧氣結合，產生熱量，當熱量積聚，當煤與氧氣結合放出的熱量高于煤體所處環境的散熱量時，煤的溫度就會上升，當達到煤的燃點時，就會發生煤自燃現象。相反，如果煤氧結合放出的熱量能及時散發，煤體溫度無法上升，導致煤體風化。煤熱量積聚的過程，也是自燃的發展過程，而自燃正是煤放熱與散熱無法達到平衡造成。

一、采空區遺煤自然發火的因素分析

在實際工作中，影響采空區遺煤自燃的因素眾多，并且眾多因素又相互影響。采空區遺煤自然發火除弓自身氧化性（內在因素）有關外，還與所處外界條件有關。內在因素煤的氧化特性主要取決于煤質自身條件，與成煤過程息息相關。外在因素則與采煤過程息息相關，且對采空區遺煤自燃起到關鍵性作用。所以下面重點分析影響采空區遺煤自然發火的外在因素。（1）遺煤透氣性。透氣性對采空區遺煤自燃有著關鍵的作用，透氣性不但影響采空區的漏風情況，也影響采空區遺煤的蓄熱條件。且透氣性與孔隙率密切相關。孔隙率大，透氣性好，則采空區漏風越大。孔隙率小，透氣性差，則采空區漏風越小。遺煤在氧化放熱的同時，也通過傳導向周圍散熱，其傳導散熱量的大小與導熱系數密切相關，孔隙率越大，透氣性越好，傳導散熱量越小，煤體蓄熱性越好。則越易自燃。隨著工作面向前推進和時間的推移，采空區孔隙率隨時發生變化。一般而言，頂板巖層越堅硬，孔隙率越大，透氣性越好。礦壓越大，孔隙率越小，透氣性越差。且采空區距工作面越遠，礦壓越大，作用時間長，孔隙率就越小，透氣性越差。反之亦然。（2）漏風強度。采空區遺煤自燃需要有連續供氧條件，漏風強度的分布直接影響采空區氧體積分數的分布，也影響煤體的散熱，因此，漏風強度對煤體自燃影響很大。當新鮮風流滲透到采空區遺煤中時，沿漏風路線隨風流的流動，煤體對氧的消耗、瓦斯等吸附氣體的釋放，使得風流中的氧含量逐漸降低。在特定區域，當溫度恒定時，煤對氧的消耗速度、瓦斯釋放量基本卜為定值。因此，采李區遺煤的漏風分布就決定氧體積分數的分布。當煤體溫度梯度一定時，散熱量與漏風強度基本上成正比。漏風強度越大，散熱量越大。（3）采空區遺煤厚度。采空區遺煤量是煤體自燃的一個物質基礎。采空區遺煤在氧的作用下放出熱量，同時義通過頂板巖層傳導散發熱量和通過風流對流帶走熱量。因此，采空區遺煤厚度不同，煤氧化產生的熱量和向周圍環境散發熱量也就不同。只有當產生的熱量大于散熱量時，煤體才能引起升溫，最后導致自燃。能夠引起自燃的最小采空區遺煤厚度稱為最小遺煤厚度。（4）工作面推進速度。遺煤自燃不但與氧化時間有關，還與丁作面推進速度有關，是時間和空間的函數。工作面推進速度的快慢，架子收作的快慢，影響工作而墟煤和采空區遺煤與空氣接觸的時間長短。工作面推進速度快，工作面墟煤和采空區遺煤與空氣接觸時間短，不易引起煤體自燃。反之，則容易引起自燃。同時，工作面推進速度對孔隙率也有影響，推進越快，距工作面同一距離的采空區礦壓作用時間就短，則空隙率相對較大，孔隙率越大則漏風大，散熱就越大，散熱帶向采空區深部移動，越不易自燃。工作面推進速度越慢，就為采空區遺煤的氧化、聚熱、升溫、自燃的發生發展提供了充裕的時間。同時，在采空區內遺煤自燃氧化所形成的熱風壓也越來越大。因此，工作面越長，就越加速了采空區遺煤的自燃。（5）煤層傾角。根據我國多年來的實際觀測與研究，當急斜煤層被開采以后，其嗣巖移動和破壞的影響范圍與緩斜煤層相比，將向采空區上部邊界偏移，而且隨著傾角加大，這種影響也更為明顯。當傾角>700時，冒這樣就導致采空區遺煤增多，給采空區遺煤白燃提供物質基礎。因此，隨著煤層傾角曾大，采空區遺煤自然發火危險隨之增大。

二、礦井自燃火災預防技術分析

為防止自燃火災的發生，就要考慮使煤炭自燃必要條件不再滿足。在正常回采期間積極采取一系列防火措施，使通風供氧降低到最小程度，使熱量難以積聚。并對自燃危險區域進行跟蹤觀測，對自燃隱患作出預報，及時采取應急處理措施和滅火措施。（1）上、下隅角堆垛封堵墻。在頂板條件允許情況下，工作面頭、尾端頭上、下隅角每隔10-15米各構筑一道堆垛封堵墻，封堵墻從煤幫構筑到后溜尾處，每道封堵墻實際厚度不小于1.8米，墻體的高和寬根據采空區坍陷情況而定，但必須封堵嚴實，確保墻體嚴密不漏風。從現場實施效果來看，“兩道”位置堆垛封堵墻，能在頂煤延遲垮落的窗口期內有效減少從工作面兩端口處向采空區內部的漏風，從而使得整個采空區的漏風大幅度減少，采空區氧化帶寬度也變窄，降低采空區自燃發火隱患。（2）采空區注氮氣。采空區注氮是礦井防火的一種有效手段。注入到采空區內部的氮氣驅替了原有的空氣，采空區內部的空氣氛圍置換為氮氣氛圍，使得采空區氧濃度降低。一方面阻礙了煤體氧化的進程，遺煤氧化速度降低。另一方面使得采空區氧化帶寬度縮小。根據實際注氮裝備能力、開采情況，既要滿足正常回采工作面的要求，又要保證撤架工作面的需要。注氮時，由于注氮管路的設計，結合綜放工作面采場漏風的情況，可以只在進風側注氮，即采用單側注氮的方法，氮氣受到卸壓擴散以及采空區內部風流的影響，可充分發揮惰化的作用。（3）低溫氮氣阻化。細水霧系統低溫氮氣阻化細水霧防滅火技術，是利用一定濃度的一種或多種混合無機鹽類阻化劑水溶液和低溫氮氣，經過兩相霧化噴頭霧化，形成低溫氮氣阻化細水霧，通過注氮管送入防滅火區域進行火災防治的一種技術。低溫氮氣阻化細水霧防滅火系統主要包括：阻化液箱、水泵、制冷機、液體流量壓力控制儀、大的比表面積，熱交換效率高。同時，微小液滴隨氮氣氣流進入防滅火區域，能夠深入煤體孔隙內部，抑制遺煤反應。霧化噴頭、注氮管路。

三、結論

影響采空區遺煤自燃的因素紛繁復雜，且這些因素既互相獨立，又互相關聯。文中結合煤自燃的理論和現場實際情況，歸納了影響采空區遺煤自然發火的因素，并分析了影響采空區遺煤自然發火因素對采空區遺煤自燃的影響程度。對預測、預防和防治采空區遺煤自然發火有一定指導意義。 （作者單位：淮北礦業股份公司朱仙莊煤礦）

參考文獻

[1]孫福龍.均壓通風技術在高瓦斯易自燃煤層開采中的應用[J]能源技術與管理，2014，39（3）：49—51.