摘要：根据目前采空区自燃“三带”的研究现状，确定了基于采空区煤自燃的上限氧浓度和下限氧浓度、采空区自燃“三带”现场观测及数值模拟、MIN -MAX综合处理法的采空区自燃“三带”的综合划分方法，划分了采空区自燃“三带”范围．以新疆哈密三道岭煤矿4204综放工作面为例进行实际应用，确定了该工作面采空区的自燃“三带”范围．实践表明，该划分方法确定的“三带”能更好地反映浮煤 自燃的实际情况，对具有类似条件的采空区防火具有参考价值
关键词：自燃“三带”；极限氧浓度；漏风风速；
一、采空区自燃三带的情况
采用综采放顶煤开采方法开采大采高、特厚煤层时，往往在采空区留有大量的松散遗煤，这些遗煤通过物理吸附和化学吸附，在合适的条件下很容易与采空区漏风流中的氧气发生氧化反应，导致采空区自燃火灾的发生，严重威胁矿井生产．对于“u”型通风系统的采空区，按遗煤发生自燃的可能性可将采空区划分为散热带、自燃带、窒息带．采空区自燃“三带”划分是矿井防灭火基础工作的重要内容之一，工作面正常生产时，采空区自燃“三带”是客观存在的，而且处于一个动态的稳定状态’．采 空区自燃“三带”观测的主要内容是检测采空区内氧气浓度随工作面推进的变化情况，并根据煤氧化 的临界氧气浓度确定出散热带、自燃带和窒息带的范围目前，对于采空区自燃“三带”的划分，国内外尚无统一的标准但总的说来有3种划分指标：采空区漏风风速、采空区氧气浓度以及采空区温度．以采空区的氧气浓度为划分标准的方法是目前在工程实践中应用最为广泛，也是最有效的划分方法．本文选取一个试验工作面进行埋管布点观测，并进行FLU—ENT模拟，从而更真实的显示采空区自燃 “三带”的分布．最后，利用MIN-MAX的方法优化采空区三带”分布范围，为采空区防灭火提供形象直观的指导。
二、采空区自燃“三带”划分
按采煤工作面采空区内浮煤自燃危险性的不同，可将采空区划分为散热带、自燃带和窒熄带。在采煤工作面推进过程中，采空区自燃“三带”范围和宽度随采煤工作面漏风量、氧浓度、浮煤厚度和采空区温度等因素动态变化。
自燃“三带”的定性划分指标主要可分为3类：⑴按照氧浓度划分采空区自燃“三带”；⑵用温升率指标划分采空区自燃“三带”；⑶按照采空区内漏风风速指标划分自燃“三带”。根据自燃“三带”的划分情况，可以确定综放面对自燃防治有利的最低月推进度和最长停采撤架封闭时间。
一般认为划分漏风散热带和自燃带的指标为：氧浓度18%、日升温速率≥、漏风风速0.015m/s。划分自燃带和窒熄带的指标为：氧浓度≤8%或10%，日升温速率≤1℃/d，漏风风速0.00033m/s。自燃带和窒熄带的标准采用10%较多。
三、采空区自燃“三带”监测
1.采空区自燃“三带”监测方案
进回风巷内沿底板向采空区各埋设一趟8芯束管，束管长度150m，沿进、回风巷向外间隔30m各布置5个采样头。以上采样头一旦进入采空区即开始取气分析，直至取样分析结果表明采样头已经进入窒息带。如果因为管路被砸断等原因导致分析数据无意义时必须重新铺设束管。
2.采空区自燃“三带”分布的影响因素分析
煤体自燃过程是一个非常复杂的动态过程，这个过程由煤体内在自燃性和外界条件共同决定。综放面采空区自燃“三带”是个动态的变化范围，随着推进度、漏风量、注氮量等多种因素变化而变化。因而采空区自燃“三带”的宽度受到多因素的共同影响而动态变化。其具体的影响因素如下：
（1）进度影响
采空区自燃“三带”的区域是一个动态的范围，随着工作面的向前推进而动态的变化。当工作面推进速度缓慢甚至停产的情况下，处于采空区自燃带内的浮煤由于供氧蓄热的时间延长，氧化程度增强。
⑵采煤方法及回采率的影响
煤炭氧化自燃与矿井开拓方式和方法、采区布置、开采方法、矿井通风方式和各个通风区域的分风方式有直接关系。开采自燃煤层时为防治煤炭自燃，选择适宜的开采方法十分重要。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一般开采自燃煤层选用的开采方法必须满足下列条件：采净煤炭，无遗煤或少遗煤；减少破坏煤体完整性的矿压作用；保持煤层及分层回采顺序，不超序掏采，杜绝或减少层间或煤体间的漏风；尽量保证煤层在确定的开采规模下及时采完，浮煤处于自燃带的时间不超过自然发火期；采用适宜的回采工艺，保证工作面的推进度和落煤工艺，避免煤炭过度破碎。
⑶采空区漏风供氧的影响
漏风供氧既取决于漏风强度、供氧浓度、煤耗氧速率，也取决于煤的孔隙率、煤升温形成的热风压、煤中瓦斯释放量等因素。
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漏风供氧状况对煤的氧化升温也有决定性作用。煤的氧化性既取决于煤的自燃氧化放热性，也受到各种外部供氧、储热、散热条件的制约，外部条件改变还将使煤的热源点降温而停止自燃过程。因此，只有漏风量形成易燃风速区时才可能形成逆着漏风方向发展的自燃点。据资料介绍，最易出现煤自燃发生的漏风量为0.3～0.6 m3/min?m2。
采空区煤自燃与漏风量密切相关。漏风量越大，采空区三带中处于自燃带的浮煤范围越大，因而保持相同推进度，处于自燃带内的浮煤的氧化时间明显延长，浮煤的自燃危险性大大提高。另外，如果采空区漏风量增大，对采取注氮为主要手段的防火措施产生极为不利的影响，稀释被采空区惰化的空气，增加了煤自燃的危险性。
不增加堵漏风、注氮量、注浆等防火措施的情况下，增大工作面的风量，明显增大采空区的漏风量，增加了采空区自燃带浮煤的自燃危险性。
⑷注氮对采空区自燃“三带”宽度的影响
氮气防灭火技术的实质是将氮气送入自燃带，使该区域空气惰化，氧气浓度降低到煤自然发火的临界浓度以下，以抑制煤的氧化自燃，直到火区窒熄。综放工作面采空区防火注氮采用埋管注氮工艺。应用束管监测系统考察采空区自燃三带范围，根据考察结果调整埋管步距，确保注氮管路出口在采空区自燃带内。
3.采空区自燃“三带”实测分析
对采煤工作面采空区煤炭自燃氧化“三带”进行实测，气体成份可以采用实验室的气相色谱仪进行处理分析，然后建立区自燃“三带”FLUENT 数值模拟进一步进行分析对比。
4.自燃“三带”与工作面推进速度、自然发火期间关系
（1）自燃“三带”与工作面推进度关系
采空区自燃“三带”的相对位置在时间上是随时间变化的，在空间上是向工作面方向移动的。在工作面风量不变，推进度发生变化的情况下，自燃带的分布范围也将发生变化。
（2）自燃“三带”与自然发火期关系
在综放面正常回采期间，尽可能加快推进，加强自然发火预测预报。在综放面过构造带和设备检修需要长时间停产的情况下，加强综放面自然发火预测预报，采用注氮和注浆为主的综合防灭火措施，工作面推进速度能够保证在最短自然发火期之内将采空区内遗煤甩进窒熄带，有效保证采空区内浮煤在工作面开采过程中不出现自燃情况。
小结
利用Fluent 软件对采空区漏风分布进行模拟，根据漏风风速标准划分出了采空区自燃三带，模拟结果与实测结果吻合。结合Fluent 软件模拟采空区漏风分布情况，根据漏风风速划分采空区“三带”，得到采空区自燃三带结果为18~93 m，与实测结果相符。在此基础上，通过Fluent 软件模拟得到：随着工作面风量的增大，进回风侧及工作面中部氧化带范围最远距离和最近距离都将增加，氧化带的范围也增大；随着日推进度增加，工作面回风侧自燃带宽度也相应增加，近似成线性关系，但发火期随着日推进度增加而缩短。结合A5煤层煤样最短自然发火期为35天，在保持工作面通风量和开采条件不变的情况下，防止工作面采空区自然发火的最低推进度为2.21 m/d。
参考文献：
[1]王省身，张国枢，矿井火灾防治[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1990．
[2]王德，矿井火灾学[M]．徐州：中国矿业大学出版社，2008．
[3]邬剑明．煤自燃火灾防治新技术及矿用新型密闭堵漏材料的研究与应用[D]．太原：太原理工大学，2008：3—5．
[4]王俊峰，邬剑明，靳钟铭．一种预测采空区自燃危险区域的新方法——c FD 技术的应用[J]．煤炭学报，2009，34（11）：1483—1488．
论文作者:杜永刚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/23
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