采空區自燃“三帶”劃分與綜采面極限推進速度研究

孫晉樂

（山西忻州神達金山礦，山西 忻州 034000）

神達金山礦13#煤層13101 綜放工作面采空區內遺煤得到充足的供氧就會使得煤炭發生緩慢氧化反應，而采空區內屬相對封閉空間，氧化所產生熱量不易及時散失，因此采空區“三帶”內的氧化帶極易發生自燃現象。本文通過現場觀測試驗研究，準確地測定出采空區“三帶”區域，可為今后消除煤層自然發火隱患提供參考。

1 自燃“三帶”劃分

根據國內外采空區“三帶”劃分依據，可將采空區內不同區域的供氧量大小劃分為散熱帶、氧化帶、窒息帶，具體劃分標準見表1。

表1 自燃“三帶”劃分參數

2 現場試驗及結果分析

2.1 試驗區域概況

此次試驗區域選在13#煤層131 采區13101 綜放工作面，該工作面煤巖層總體近南北走向，巷道布置方式為雙巷布置，其運輸順槽為進風巷，回風順槽進行回風。13#煤層傾角為7°～9°，煤層平均厚度及變異系數分別為13.53 m、23.4%，煤層較為穩定。經資質單位對該煤層自燃傾向性進行測定，測定結果為Ⅱ類自燃煤層。

2.2 采空區測點布置方案

采空區內氣體流動趨勢主要沿走向變化，因此本次試驗主要在采空區進、回風側埋設取樣頭布置測點。為避免取樣管受到頂板或端頭支架來壓造成破壞，在其外部采用Ф50 mm 鋼管進行保護。測點布置如圖1。

圖1 采空區 “三帶”測點平面布置圖

束管的前端布置如圖2，用快速接頭將采樣管與保護鋼管連接，束管單管伸入取樣頭，再從采空區進、回風側鋼管中穿出，并隨著工作面推進留入采空區內。

圖2 氣體取樣管的設置及保護

2.3 測定結果及分析

根據所布測點的實時監測數據，進、回風巷中埋入的測點隨采空區的推移而呈動態變化，其O2含量變化趨勢如圖3、圖4。

分析圖3、圖4 可知，進風側測點在采空區以里30.4 m 處和72 m 處測得的氧含量分別為17.96%和9.82%；回風側測點在采空區以里14.4 m 處和36.8 m 處測得的氧含量分別為17.82%和9.76%。

圖3 進風側測點氧含量隨采空區深度變化圖

圖4 回風側測點氧含量隨采空區深度變化圖

由此可判定進風側自燃“三帶”劃分為：0～30.4 m 范圍為散熱帶，該區域頂板冒落的巖塊呈松散堆積狀，孔隙多且大，氧濃度大于18.0%，氧化生成的熱量極易被漏風帶走；當取樣點進入采空區30.4 m 以后，氧氣含量開始小于18.0%，埋測管區域以里開始進入氧化帶，該區域冒落的煤巖塊逐漸被壓實，漏風量減小，遺煤開始氧化升溫，且升溫的熱量不易被帶走，因此該區域極易自燃發火；根據O2的濃度變化趨勢，可確定出窒息帶的起始邊界線為72 m 以內。回風側自燃“三帶”劃分為：散熱帶為0～14.4 m 范圍內，氧化帶為14.4～36.8 m范圍內，窒息帶為36.8 m 以里。

3 綜采面極限推進速度的確定

采空區浮煤要自燃，不僅要有一定的浮煤厚度，還需要具備足夠的時間維持該區域的條件不變，即維持時間必須達到

式中：Tmin為浮煤的最短發火期，天。

也就是工作面的推進速度v 小于工作面的散熱帶到采空區窒息帶的最大距離和浮煤最短自然發火期Tmin之間時，就可能發生自燃，即：

13101 綜采面散熱帶到采空區窒息帶的最大距離，即氧化升溫帶最大寬度Lmax為41.6 m。根據氧濃度曲線可知采空區當量氧濃度值CO2=16，則實驗氧濃度與實際氧濃度相似比例系數k=1.1，采空區浮煤最短自然發火期Tmin=88 天，可知13101 綜采面采空區可能發生自燃的極限推進度為：

因此，當13101 采面推進速度大于0.43 m/d 時，采空區無自然發火危險；當工作面推進速度小于0.43 m/d 時，采空區將有自然發火危險。

目前金山礦13101 工作面每天平均推進速度為1.6 m/d，大于發生自燃的極限推進度，因此，目前以此推進速度，采空區不會出現自然發火的危險，但進風道仍是防火的重點區域。

4 結 論

（1）13101 工作面進風側處自燃“三帶”劃分為：散熱帶為0～30.4 m，氧化帶為30.4～72 m（氧化帶寬度41.6 m），窒息帶為72 m 以里；回風側自燃“三帶”劃分為：散熱帶為0～14.4 m，氧化帶為14.4～36.8 m（氧化帶寬度22.4 m），窒息帶為36.8 m 以里。

（2）當13101 工作面月推進速度大于12.89 m時，采空區無自然發火危險；當工作面月推進速度小于12.89 m 時，采空區將有自然發火危險。