综放采空区遗煤自然发火规律及防治技术

张海州

摘要：在矿井灾害中，矿井火灾救灾难度最大、技术要求最高、安全系数最小，当事故发生后，引发次生灾害的可能性最大。因综采放顶煤一次开采强度大，冒落空间高，工作面供风量相对较大，一次性遗煤较多，漏风强度较大，采空区两道堆积大量松散煤体等原因，使得采空区遗煤自燃危险性增加。采空区松散煤体自燃有它自身的特点，而引起采空区煤体自燃的环境与其它形式的煤体自燃又有所不同，为此，了解采空区遗煤自燃的特点，并对其自燃环境进行分析，对于防止煤的自燃及制定及时有效的防灭火措施有着一定的指导意义。

关键词：综放采空区；遗煤；自然发火规律；防治技术

煤自燃是一个缓慢地自动氧化、放热、升温最后引起燃烧的过程。煤体自燃主要是由煤氧复合作用并放出热量而引起，煤的氧化放热是热量自发产生的根源，是引起煤炭自然发火的根本原因之一。当煤与空气接触后，煤与氧气结合，产生热量，当热量积聚，当煤与氧气结合放出的热量高于煤体所处环境的散热量时，煤的温度就会上升，当达到煤的燃点时，就会发生煤自燃现象。相反，如果煤氧结合放出的热量能及时散发，煤体温度无法上升，导致煤体风化。煤热量积聚的过程，也是自燃的发展过程，而自燃正是煤放热与散热无法达到平衡造成。

一、采空区遗煤自然发火的因素分析

在实际工作中，影响采空区遗煤自燃的因素众多，并且众多因素又相互影响。采空区遗煤自然发火除弓自身氧化性（内在因素）有关外，还与所处外界条件有关。内在因素煤的氧化特性主要取决于煤质自身条件，与成煤过程息息相关。外在因素则与采煤过程息息相关，且对采空区遗煤自燃起到关键性作用。所以下面重点分析影响采空区遗煤自然发火的外在因素。（1）遗煤透气性。透气性对采空区遗煤自燃有着关键的作用，透气性不但影响采空区的漏风情况，也影响采空区遗煤的蓄热条件。且透气性与孔隙率密切相关。孔隙率大，透气性好，则采空区漏风越大。孔隙率小，透气性差，则采空区漏风越小。遗煤在氧化放热的同时，也通过传导向周围散热，其传导散熱量的大小与导热系数密切相关，孔隙率越大，透气性越好，传导散热量越小，煤体蓄热性越好。则越易自燃。随着工作面向前推进和时间的推移，采空区孔隙率随时发生变化。一般而言，顶板岩层越坚硬，孔隙率越大，透气性越好。矿压越大，孔隙率越小，透气性越差。且采空区距工作面越远，矿压越大，作用时间长，孔隙率就越小，透气性越差。反之亦然。（2）漏风强度。采空区遗煤自燃需要有连续供氧条件，漏风强度的分布直接影响采空区氧体积分数的分布，也影响煤体的散热，因此，漏风强度对煤体自燃影响很大。当新鲜风流渗透到采空区遗煤中时，沿漏风路线随风流的流动，煤体对氧的消耗、瓦斯等吸附气体的释放，使得风流中的氧含量逐渐降低。在特定区域，当温度恒定时，煤对氧的消耗速度、瓦斯释放量基本卜为定值。因此，采李区遗煤的漏风分布就决定氧体积分数的分布。当煤体温度梯度一定时，散热量与漏风强度基本上成正比。漏风强度越大，散热量越大。（3）采空区遗煤厚度。采空区遗煤量是煤体自燃的一个物质基础。采空区遗煤在氧的作用下放出热量，同时义通过顶板岩层传导散发热量和通过风流对流带走热量。因此，采空区遗煤厚度不同，煤氧化产生的热量和向周围环境散发热量也就不同。只有当产生的热量大于散热量时，煤体才能引起升温，最后导致自燃。能够引起自燃的最小采空区遗煤厚度称为最小遗煤厚度。（4）工作面推进速度。遗煤自燃不但与氧化时间有关，还与丁作面推进速度有关，是时间和空间的函数。工作面推进速度的快慢，架子收作的快慢，影响工作而墟煤和采空区遗煤与空气接触的时间长短。工作面推进速度快，工作面墟煤和采空区遗煤与空气接触时间短，不易引起煤体自燃。反之，则容易引起自燃。同时，工作面推进速度对孔隙率也有影响，推进越快，距工作面同一距离的采空区矿压作用时间就短，则空隙率相对较大，孔隙率越大则漏风大，散热就越大，散热带向采空区深部移动，越不易自燃。工作面推进速度越慢，就为采空区遗煤的氧化、聚热、升温、自燃的发生发展提供了充裕的时间。同时，在采空区内遗煤自燃氧化所形成的热风压也越来越大。因此，工作面越长，就越加速了采空区遗煤的自燃。（5）煤层倾角。根据我国多年来的实际观测与研究，当急斜煤层被开采以后，其嗣岩移动和破坏的影响范围与缓斜煤层相比，将向采空区上部边界偏移，而且随着倾角加大，这种影响也更为明显。当倾角>700时，冒这样就导致采空区遗煤增多，给采空区遗煤白燃提供物质基础。因此，随着煤层倾角曾大，采空区遗煤自然发火危险随之增大。

二、矿井自燃火灾预防技术分析

为防止自燃火灾的发生，就要考虑使煤炭自燃必要条件不再满足。在正常回采期间积极采取一系列防火措施，使通风供氧降低到最小程度，使热量难以积聚。并对自燃危险区域进行跟踪观测，对自燃隐患作出预报，及时采取应急处理措施和灭火措施。（1）上、下隅角堆垛封堵墙。在顶板条件允许情况下，工作面头、尾端头上、下隅角每隔10-15米各构筑一道堆垛封堵墙，封堵墙从煤帮构筑到后溜尾处，每道封堵墙实际厚度不小于1.8米，墙体的高和宽根据采空区坍陷情况而定，但必须封堵严实，确保墙体严密不漏风。从现场实施效果来看，“两道”位置堆垛封堵墙，能在顶煤延迟垮落的窗口期内有效减少从工作面两端口处向采空区内部的漏风，从而使得整个采空区的漏风大幅度减少，采空区氧化带宽度也变窄，降低采空区自燃发火隐患。（2）采空区注氮气。采空区注氮是矿井防火的一种有效手段。注入到采空区内部的氮气驱替了原有的空气，采空区内部的空气氛围置换为氮气氛围，使得采空区氧浓度降低。一方面阻碍了煤体氧化的进程，遗煤氧化速度降低。另一方面使得采空区氧化带宽度缩小。根据实际注氮装备能力、开采情况，既要满足正常回采工作面的要求，又要保证撤架工作面的需要。注氮时，由于注氮管路的设计，结合综放工作面采场漏风的情况，可以只在进风侧注氮，即采用单侧注氮的方法，氮气受到卸压扩散以及采空区内部风流的影响，可充分发挥惰化的作用。（3）低温氮气阻化。细水雾系统低温氮气阻化细水雾防灭火技术，是利用一定浓度的一种或多种混合无机盐类阻化剂水溶液和低温氮气，经过两相雾化喷头雾化，形成低温氮气阻化细水雾，通过注氮管送入防灭火区域进行火灾防治的一种技术。低温氮气阻化细水雾防灭火系统主要包括：阻化液箱、水泵、制冷机、液体流量压力控制仪、大的比表面积，热交换效率高。同时，微小液滴随氮气气流进入防灭火区域，能够深入煤体孔隙内部，抑制遗煤反应。雾化喷头、注氮管路。

三、结论

影响采空区遗煤自燃的因素纷繁复杂，且这些因素既互相独立，又互相关联。文中结合煤自燃的理论和现场实际情况，归纳了影响采空区遗煤自然发火的因素，并分析了影响采空区遗煤自然发火因素对采空区遗煤自燃的影响程度。对预测、预防和防治采空区遗煤自然发火有一定指导意义。 （作者单位：淮北矿业股份公司朱仙庄煤矿）

参考文献

[1]孙福龙.均压通风技术在高瓦斯易自燃煤层开采中的应用[J]能源技术与管理，2014，39（3）：49—51.