综放工作面抽采条件下采空区遗煤自燃特点研究

崔广永沈建廷

陕西长武亭南煤有限责任公司

摘要：综采放顶煤开采生产能力大、丢煤量多，工作面回采期间存在采空区两道自燃威胁采空区，自燃高温范围大、火源位置高；由于瓦斯抽放负压的影响，使采空区更易于漏入空气而导致浮煤氧化自燃，高温点难以判断，同时受到负压的影响采空区进风顺槽的自燃危险区域增大，并向深部移动，对采空区内浮煤自燃情况的预报造成负面的影响。

关键词：综放工作面、瓦斯抽采、采空区、遗煤自燃

一、综放采空区浮煤自燃的一般特点

在煤矿的实际开采中，由于采用综放开采工艺，造成煤体呈松散破碎状分布在采空区范围内，加上工作面的通风供氧，使采空区浮煤发生煤氧复合作用，温度升高，前期虽然比较缓慢，但松散煤体内积蓄的热量会越来越多，促使煤氧作用的强度增大，升温速率也逐渐加快，一旦达到浮煤自燃的条件，氧化反应迅速增强，温度也同时发生显著的上升，很快就能够出现明火。煤体自燃的火源点非常隐蔽，通常相对位置较高，并且呈立体状分布，出现明火后，由于火风压的作用，使火源点向深处蔓延，给灭火带来更大的难度。因此，从灭火的角度出发，必须对煤体的自燃进行提前的预防，在前期对其进行有效的防灭火措施。

综放开采过程中，随着工作面的推进，存在自燃隐患的主要有以下几个阶段：

（1）综放面开切眼、停采线附近采空区自燃威胁

综放工作面的开切眼断面大，受矿压影响易压裂破碎，存在漏风供氧；综采设备的安装时，供风量小，风流温度较高；安装时间较长，初期工作面推进速度一般相对较慢，开切眼松散煤体氧化升温时间长，煤体温度较高。停采前30m左右，工作面不放顶煤，采空区遗煤较厚；停采后不能及时撤面、封闭，而导致自燃危险性增加。因此，开切眼、停采线附近采空区易发生自燃火灾。

（2）回采期间存在采空区两道自然发火危险

综采放顶煤开采一般情况下相对以往的炮采、普采推进速度较快，但比一般的综采面推进速度慢。从采空区浮煤分布情况看，由于端头支架处顶煤的放出率低，大量遗煤被留在采空区内的两道处。而顺槽顶板处的煤已经在开采过程中进过长时间的氧化，进入采空区后很快就会蓄热升温，导致两道处的遗煤温度升高，氧化速度加快，使自然发火期大为缩短，从而即便在较快的推进速度下也有可能发生采空区遗煤自燃。

（3）采空区“三带”动态移动

采空区内存在散热带、氧化升温带和窒息带，三带的范围受综放面回采率、工作面供风量和工作面推进速度综合影响，随着工作面的不断推进，采空区内的三带也随之动态移动。一旦工作面推进速度减慢或者停止推进，采空区内处在氧化升温带内的浮煤就会很快自燃，从而引起周围煤体的升温，造成整个采空区的自然发火。

（4）采空区自燃高温范围大、火源位置高

综放面采空区两道留有大量遗煤，煤氧作用使热量逐渐积聚，一旦自燃，采空区浮煤内存在了大量的热能，造成周围煤岩体的温度升高；同时，采空区内三带中的氧化升温带内的浮煤已经基本达到自燃的条件，当储存的热量达到一定的程度就会发生自燃，并随着火风压的作用，自燃范围不断扩大，从而引起冒落带和裂隙带中的煤体升温自燃，因此，综放面采空区一般自燃范围比较大，而且高温点的位置较高，深度也较深，给灭火造成极大的难度，仅仅用水、灌浆等措施难以扑灭。

二、抽采条件下综放采空区浮煤自燃的特点

瓦斯抽放对综放采空区内的浮煤自燃有极大的影响。瓦斯抽放一方面导致采空区内的漏风增大，从工作面进风侧进入的新鲜空气沿风流能够到达采空区的深部，为深部的松散煤体提供供氧条件，使采空区自燃范围扩大，自然发火期缩短，给工作面生产带来更大的威胁；另一方面，瓦斯抽放容易造成采空区内的风流紊乱，对采空区内正常自燃区域产生影响，使原来不易自燃的区域发生自燃，给火源位置的判断带来极大的难度。因此，结合采空区浮煤自燃的特点和瓦斯抽放对采空区自燃预测的影响，可以总结出抽放条件下综放采空区浮煤自燃的规律如下：

（1）采空区自燃范围增大，火源点隐蔽

瓦斯抽放对采空区产生负压作用，加大了工作面向采空区的漏风量，风流沿着压力的分布规律进入采空区的松散煤体中，为松散煤体提供了较好的供氧和蓄热条件，使的采空区深部的松散煤体尤其是进风侧处的煤柱容易发生煤氧复合作用，发生自燃。随着风流流量的增大，还会为采空区顶部的冒落带和裂隙带中的煤体提供氧气，造成采空区高温区域向采空区深部及高处扩大，给火源点的判断及灭火带来困难。如果发生自燃甚至明火，火区的范围还会在漏风及火风压的双重作用下不断增大，当采空区内的瓦斯浓度达到爆炸范围，就会在采空区内发生瓦斯爆炸，给采空区造成更大的危害。

（2）采空区两道浮煤自燃危险加大

综采放顶煤开采工艺在采空区的两道处留有大量的遗煤，为煤自燃提供了较好的物质基础。在没有抽放的情况下，采空区内两道的浮煤存在较大的自燃威胁，当采空区进行瓦斯抽放时，由于负压作用的影响，采空区进风侧处的漏风量增大，并进入采空区深部的窒息带中，一般情况下窒息带内的氧气浓度较低，浮煤达不到自燃所需的下限氧浓度，即使存在足够的浮煤厚度和蓄热条件，但是该区域内的浮煤自然发火可能性极小，但是瓦斯抽放使得新鲜空气顺着进风顺槽进入窒息带，给窒息带内的浮煤提供了煤氧复合条件，使窒息带内的松散煤体自燃危险性增大，造成进风顺槽自燃危险区域扩大；另一方面，回风顺槽处随着漏风强度的增加，自燃危险区域也进一步扩大，在瓦斯抽放管道后部容易形成风流回流，新鲜风流不容易被带出采空区，使抽放口后部的浮煤长时间处在氧化环境中，自燃可能性加大，氧化升温带范围向工作面前移。

（3）对采空区自然发火的监测增加难度

采空区内气体的监测监控为煤自然发火的预报提供了准确有效的及时数据，对掌握采空区内浮煤自燃的发展情况起到了关键的作用。煤矿中经常以煤氧符合产生的标志性气体（如CO、C2H4等）作为煤自然发火预报的指标，通过检测气体浓度的变化规律来判断采空区有无浮煤自燃的可能性。然而瓦斯抽放对采空区内的气体具有“截流”作用，阻止了煤氧符合产生的这些标志性气体向工作面的涌入，一方面有利于工作面的安全生产；但另一方面，也同时降低了指标性气体的浓度，使从工作面采集的样气不能真实地反映采空区的实际情况，预报的结果有一定的滞后性，采空区内如果发生自燃现象，并不能从监测数据中及时地反映出来，从而就有可能耽误了采取措施的最好时机，给煤矿的生产带来威胁。

三、结论

综采放顶煤开采生产能力大、丢煤量多，在综放面的开切眼处、停采线、采空区自燃火灾较多，工作面回采期间存在采空区两道自燃威胁采空区，自燃高温范围大、火源位置高；由于瓦斯抽放负压的影响，使采空区更易于漏入空气而导致浮煤氧化自燃，而且会使氧化自燃的范围增大，高温点难以判断，同时受到负压的影响采空区进风顺槽的自燃危险区域增大，并向深部移动；瓦斯抽放还会对采空区内的气体产生“截流”作用，一定程度上能够阻止采空区内的气体向工作面涌出，会对采空区内浮煤自燃情况的预报造成负面的影响

参考文献

[1]徐精彩,文虎.《综放面采空区遗煤自燃危险区域判定方法的研究》2002.06

[2]刘士春,王卫国.《简放工作面供风量与采空区遗煤自燃危险性研究》2009.06