摘要：针对亭南煤矿高瓦斯易自燃煤层采空区自燃规律及防治技术研究对象，基于理论分析、实验研究、数值模拟、实验室及现场试验等方面研究得出的，并在亭南煤矿进行试验和应用，具有较强的实用性，对于彬长矿区及其他高瓦斯易自燃煤层的开采具有普遍适用性。其研究成果适用于高瓦斯易自燃煤层安全开采防灭火技术方面，有助于高瓦斯易自燃煤层在生产过程中有针对性的采取防灭火技术措施预防或治理煤层自然发火，建设煤矿火灾防治技术研究队伍，减少经济损失和环境污染。
关键词：高瓦斯、易自燃煤层、采空区自燃
一、项目背景
彬长矿区煤层自然发火严重，普遍瓦斯含量高，煤炭开采过程中下分层煤层和周边煤柱受采动影响释放大量游离瓦斯，如采空区发生煤自燃，会出现瓦斯爆炸危险。综放开采煤炭回收率低、工作面漏风严重，采空区及周边密闭墙由于采动影响和承受较大压力，墙体产生大量裂隙造成密闭效果弱化，增大了采空区与外部环境的连通性，极大加剧了采空区自然发火危险。有鉴于上述因素，本项目针对彬长矿区重点煤矿亭南矿从煤表面结构和氧化动力学特征、自燃阶段预警决策、漏风和危险区域分析以及防治技术等方面开展研究
二、研究内容
1.高瓦斯易自燃煤层自燃机理及特征参数实验研究
通过煤样的热重实验，分析了不同因素对煤受热分解过程中TG、DTG、DSC曲线的影响，研究煤特征温度点与反应动力学参数的关系，并对煤受热分解特征气体以及煤的官能团进行分析。
2.高瓦斯易自燃煤层自燃阶段预警决策技术研究与应用
测试了煤样升温过程中气体释放与温度之间的关系，得出煤自然发火预测五阶段划分方法，建立不同阶段的判定标准、预警级别和应急处理模式，根据矿井盘区分布特征，设计了地表束管监测和井下微色谱监测的布置方式。
3.高瓦斯易自燃综放采空区自然发火危险区域确定
针对综放开采连通采空区漏风问题，采用SF6示踪气体测试方法，对密闭墙漏风、采空区间漏风等进行了分析，计算了平均漏风速度，确定了漏风源位置，结合采空区埋管和COMSOL数值模拟方法，研究了采空区自燃危险区域分布特征。
4.防灭火技术体系研究
设计了采取测温和气体分析监测煤层自燃，提高回采率控制遗煤量、封堵密闭和煤柱裂隙并注惰气减氧抑制，灌浆吸热降温，井下液态二氧化碳直注应急灭火的综合防灭火技术体系，研究了采空区“注惰-抽采”一体化连通采空区治理措施。
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三、研究成果
1.通过对煤样进行热重实验分析，采用高温氧化动力学分析方法得出其反应活化能，将活化能数据与已知矿井进行参比，准确确定煤层的自燃危险性。通过热重实验，分析了氧气浓度、升温速率、粒径等影响因素对煤受热分解过程中的TG、DTG、DSC曲线的影响，并分析了煤特征温度点与反应动力学参数的关系，通过与已知矿井参比，确定亭南矿自燃危险性。
2.提出煤自然发火预测五阶段划分方法，建立不同阶段的判定标准、预警级别和应急处理模式，建立了煤自然发火束管井上下双重布控监测体系。当前煤自燃过程分准备期、自热期、燃烧期等三阶段，三阶段划分未能明确划分实施自燃预防、预警及应急处置对应时间节点，难以及时预警和采取对应有效防灭火措施，导致煤自燃出现时因预警、应急处置不及时面临爆炸危险，造成救灾决策困难，因缺乏理论、技术支持，《煤矿安全规程》、《煤矿防灭火技术规范》修订和实施中难以确定采取对应防灭火措施的时间节点；缺少自燃发展各阶段的对应煤自燃防治技术措施有效性分析手段，难以确保制订有针对性的防灭火措施。
3.采用SF6示踪气体分析方法，现场测试得出连通采空区漏风规律，结合采空区埋管和COMSOL数值模拟方法，确定采空区自燃危险区域。通过现场测试和数值模拟方式确定了采空区自燃危险区域范围，采用数值模拟分析了风量变化、均压措施和顶抽巷抽采对自燃“三带”分布的影响。
4.针对矿区“高瓦斯易自燃、位置隐蔽、采空区连通”特点，建立以“早期识别、控制遗煤、减氧抑制、吸热降温、应急灭火”为核心的全过程防灭火技术体系。体系要点：（1）提高回收率减少采空区遗煤，消除自燃物质基础；（2）及时密封联络巷和其他漏风通道，结合均压技术、注惰气等方法降低氧气浓度；（3）保持工作面快速推进，加快工作面安装和撤架速度，减少煤氧化升温时间；（4）完善采空区煤自燃预测技术，对重点易自燃部位重点处理；（5）建立火灾监测预警技术，在自燃早期发现隐患及时采取措施；（6）液态二氧化碳防灭火技术对突发性自燃进行应急处理。
四、应用推广情况
本项目主要针对高瓦斯易自燃煤层开展煤层自然发火机理、预测预报和防治技术的系统性研究，其研究成果适用于以彬长矿区为代表的高瓦斯易自燃煤层安全开采防灭火技术研究及应用方面。在我国现有生产条件下，机械化和自动化水平不断提高，采空区规模和范围也不断增大，以往的传统高瓦斯矿井越来也多的出现煤层自然发火问题，本项目的成功开展有助于类似矿区和矿井在生产过程中，建立完善的矿井内因火灾预测预报体系，有针对性的采取防灭火技术措施预防或治理煤层自然发火，因此项目具有很强的技术适用性。
参考文献：
[1]刘金龙、陈志平《高瓦斯易自燃综放面采空区火与瓦斯综合防治》2013.02
[2] 高广远《瓦斯异常区易自燃煤层综放开采综合治理技术研究》2008.05
论文作者:崔广永,沈建
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/8
标签：采空区论文; 煤层论文; 瓦斯论文; 技术论文; 自然论文; 矿区论文; 矿井论文; 《防护工程》2019年第7期论文;