工作面采空區自燃“三帶”分布規律及自然發火危險性評判

中圖分類號： TD75+2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）23-0085-04

Abstract：Inorder toaccuratelyassesstheriskofspontaneouscombustioninthegoafoftheworkingfaceandformulate efective preventionandcontrolmeasures，thispapertakes YuenanCoal Mineasanengineeringbackgroundand studiesand monitorsthedistributionlawofthe\"threezones\"of spontaneouscombustionbyembedingtemperaturesensorsandbundlepipes inthegoaf.Atthesame time，thespontaneouscombustionrisk index methodwasusedtocomprehensivelyevaluate the spontaneouscombustionriskofgoafbasedon16keyindicatorssuchasminepresureandventiltionconditions.Studieshave shownthatthedistributionofthe\"threezones\"ofspontaneouscombustionhasobviousregularityinspace，andthehightemperatureareasareconcentratedinspecificlocations.Theriskindexasessmentshowsthatthereisacertainriskof spontaneouscombustion.Theresultsarebasicalyconsistentwiththeon-siteobservationdata，whichprovesthereliabilityand accuracy of the evaluation system and can accurately judge the risk of spontaneous combustion.

Keywords：gob-sideentryretention;goaf;\"threzone\"ofspontaneouscombustion;riskassessment;observationdata

沿空留巷技術作為一種無煤柱護巷方式，在減少巷道掘進量、緩解采掘接替矛盾、取消孤島工作面等方面優勢突出。然而，此技術改變了工作面通風形式和采空區覆巖垮落導致切頂留巷側漏風增加，引發采空區煤自燃災害。本文以岳南煤礦實際地質條件為工程背景，基于在現場埋設溫度傳感器和束管的方式進行溫度和氣體監測，利用自然發火危險性指數法對岳南煤業2152G02工作面采空區自然發火危險性進行評價并提出了相應的防治措施。

1工程背景

岳南煤業礦井核定生產能力為 1.20Mt/a 。3號煤井田面積為 7.510 1km²，9 號、15號煤層井田面積為9.9936km² 。岳南煤業9號煤和15號煤的自燃傾向性等級均為I類容易自燃。2152G02工作面實施切頂卸壓沿空留巷、無煤柱開采技術，通風方式為“Y\"型通風。2152G02工作面開采過程中，2152G02軌道順槽采后實施切頂卸壓。

2采空區自燃“三帶\"分布規律

2.1 采空區自燃“三帶”測點布置

為研究綜采工作面采空區自燃“三帶”分布規律，通過在2152G02綜采工作面采空區埋設溫度傳感器和束管對溫度和氣體監測，測點布置如圖1所示。

圖1采空區自燃\"三帶\"觀測管路布置圖

2.2 采空區自燃“三帶”劃分結果

為研究2152G02工作面采空區自燃“三帶”分布規律，分別記錄 1^#，4^# 測點溫度及升溫速率變化和各測點處的氧氣濃度，各測點結果如圖2、圖3所示。

基于各監測點氧氣濃度變化規律，可初步推斷2152G02綜采工作面采空區自燃“三帶”的分布區域見表1。

表12152G02工作面采空區測點自燃\"三帶\"范圍

2152G02綜采工作面采空區進風側散熱帶寬度為 0～34.8m ，氧化帶寬度約為 34.8～93.6m ，室息帶為大于 93.6m ；回風側散熱帶 0～58.8m ，自燃帶 58.8～ 116.4m ，室息帶為大于 116.4m ，如圖4所示。

圖42152G02綜采工作面采空區自燃\"三帶\"范圍

3采空區自然發火危險性研究

3.1評判指標的選取

采空區自燃火災風險等級U主要受3大因素影響：煤自燃傾向性 Y₁ 漏風供養條件 Y₂ 聚熱散熱條件Y₃∣2I 。該評價體系共包含16項細化指標，其具體構成關系如圖5所示。

圖5指標權值的遞階層次結構示意圖

3.2 評判指標權重的確定

由于各評價指標對U的影響程度存在差異，需優先確定其權重分配。本研究采用層次分析法（AHP）構建權重計算模型，對應的遞階層次結構模型見式（1）及式（2）

3.3 自然發火危險性評價方法

評價值可用2種方法進行[3]。

根據上述單指標評價值 γ_i 和各因素的權重， U 的

3.3.1 分層次評價

中間層次指標 Y_k 對 U 的評價值用式（3）計算

式中： n 為第 k 個指標中的單指標個數; ω_kj 為 y_k 的第 j 個單指標對 y_k 的權重，值為 1;γ_kj 為 y_k 的第 j 個單指標對 U 的評價值。

3.3.2 總目標評價

采用多目標決策分析方法，基于極大值原理計算

各影響因子對 U 的系統評估值。

式中： m 為單指標個數； γ_i 為各單指標對 U 的隸屬度；

ω_i 為各單指標對 U 的權重。

3.4采空區自然發火危險性評判計算

根據岳南煤礦15號煤層實際地質因素，根據評價模型與評判指標進行比較，評判結果見表2。

表2沿空留巷綜采工作面自然發火危險性單因素評判表

基于構建的評價模型，采用分層遞進方式對綜采工作面開展系統化評估

y₁=ω₁₁×γ₁+ω₁₂×γ₂=0.63

y₂=ω₂₃×γ₃+ω₂₄×γ₄+ω₂₅×γ₅+ω₂₆×γ₆+ω₂₇×γ₇+ω₂₈×γ₈+ ω₂₉×γ₉+ω₂₁₀×γ₁₀+ω₂₁₁×γ₁₁+ω₂₁₂×γ₁₂=0.21595，

y₃≡ω₃₁₃×γ₁₃+ω₃₁₄×γ₁₄+ω₃₁₅×γ₁₅+ω₃₁₆×γ₁₆=0.2139，

2U=y₁×ω₁+y₂×ω₂+y₃×ω₃=0.352 9

綜合國內學術界研究成果，我國煤礦自燃火災風險等級可劃分為4個等級，具體分類詳見表3。

表3煤層自燃危險度分類表

綜上所述，岳南煤礦15號煤層采空區自然發火危險程度為 35.29% ，屬 I 類，該區域易自然發火，需及時采取應對措施。

4結論

本文通過研究岳南煤礦15號煤層采空區自燃“三帶”分布規律并對自然發火危險性評判，結論如下： ① 通過現場對2152G02綜采工作面采空區的溫度和氣體監測，得出進風側散熱帶寬度為 0～34.8m ，氧化帶寬度約為 34.8～93.6m ，室息帶為大于 93.6m ；回風側散熱帶 0～58.8m ，自燃帶 58.8～116.4m ，室息帶為大于 116.4m ② 以煤的自燃傾向性、持續的漏風供氧條件和聚熱散熱條件為指標對采空區自然發火危險性評判。岳南煤礦沿空留巷綜采工作面應及時采用噴灑阻化劑、灌漿等主動防滅火措施，對關鍵部位堵漏及加強防滅火措施，能夠控制采空區自然發火。 ③ 采空區自燃“三帶\"分布規律明確，因此，溫度監測、氣體濃度監測與危險性指數評估方法相輔相成，能夠較為精準地判斷自燃風險。

參考文獻：

[1]周夏冰，蔡峰，封居強.Y型通風采空區漏風規律數值模擬研究[J].華北科技學院學報，2024，21（2）：13-19.

[2]孫路路，王慶照，林雪禮，等.魯西煤礦3-109工作面自然發火危險度分析[J].山東科技大學學報（自然科學版），2012，31（2）：74-80.

[3]郭長恒，邢玉忠.頂板長鉆孔替代高抽巷抽采控瓦斯與采空區注氮防火耦合治理研究[J].中國礦業，2020，29（4）：97-103.