枣庄矿区深部开采煤层自然发火规律及其原因分析

王君涛 孟文锋 齐电生

（山东能源枣矿集团柴里煤矿，山东 枣庄 277519）

枣庄矿区各矿井开采的煤层均有煤层自燃倾向性。由于开采技术、装备、管理制度等方面原因，柴里矿、新安矿、三河口矿都发生过煤层自燃事故，柴里矿、蒋庄矿、田陈矿、高庄矿、付村矿、新安矿、滨湖矿、滕东矿、三河口矿1967年8月～2016年12月有记录的煤层自燃事故共51起，出现煤层自燃隐患37个地点，煤层自燃危害较为突出。因此，对矿井采深、地温、煤的变质程度等影响自然发火因素进行研究，采取综合防治措施具有深刻的意义。

1 煤层自燃规律分析依据确定

1.1 依据煤层自燃事故及自燃隐患分析煤层自燃规律

分析煤层自燃危险性规律，首先确定分析基础数据，即：煤层自燃次数。依据《矿井防灭火规范》规定确定煤层自然发火次数，主要存在如下不合理因素。

1.1.1 采煤工艺的变革

采煤装备、工艺、技术不断变革，机械化水平、工作面回收率、单产不断提高，在同等煤层自燃倾向性和煤层自然发火期的条件下，煤层自然发火事故或隐患次数比落后的采煤工艺要低。

1.1.2 掘进支护工艺变革

巷道支护由砌碹、扶棚等工艺革新锚网支护，过煤门或煤巷掘进期间顶板浮煤或松软煤体被放尽，巷道顶板煤层自燃事故或隐患降低。

1.1.3 矿井防灭火水平的提高

多数矿井都做到了提前预测、超前防范、超前采取措施，在煤层出现自燃前已采取防灭火技术措施，煤层自燃事故或隐患降低。

因此，不能简单将矿井历年的煤层自燃事故或出现隐患次数作为分析煤层自燃危险性规律的依据。

1.2 依据煤层自燃倾向性分析煤层自燃规律

由于取样及鉴定方法不同，实验室进行自燃倾向性鉴定结果与现场实际存在一定的误差。柴里矿3上煤和3下煤均鉴定为自燃煤层，但由于分层开采，在开采过程中3下煤较易出现自燃，而3上煤很少出现自燃现象。因此，煤层自然倾向性只能作为指导煤层自然发火的依据，而利用煤层自燃倾向性分析煤层自燃规律存在一定误差。

1.3 煤层自然危险性规律分析依据的确定

矿井实际情况验证，出现煤层自燃隐患地点若不及时采取防治措施，必然导致煤层自燃事故，出现CO地点若不及时采取措施，极易导致煤层自燃隐患。因此，将工作面或其他地点出现CO纳入分析煤层自燃危险性规律是科学、合理的。出现C2H4、C2H6、C2H2等烷烃类气体只能作为煤层自燃事故或隐患的标志。

综合分析认为，煤层自燃危险地点的依据应为：

①实际发生煤层自燃事故的地点；②出现煤层自燃隐患地点；③CO异常的地点。

2 深部开采煤层自然发火规律分析研究

2.1 煤层自燃危险性与采深的关系分析

柴里矿、蒋庄矿、付村矿、高庄矿、新安矿、三河口矿、滨湖矿等煤层自燃危险性与采深无明显关系，自燃事故及隐患数量与深度无直接关系，在-200m水平开采时，氧化点数目40处，在-500m水平开采时，氧化点数目21处；而田陈矿和滕东矿所采煤层为深部开采煤层，这两对矿井煤层自燃危险性均随着采深的增加而增加，在-600m水平开采时，这两对矿井氧化点数目为2个，在-700m水平开采时，氧化点数目为3个，在-800m水平开采时，氧化点数目为4个。

综合来看，在-500m水平内开采的矿井自燃危险性与采深无明显关系，在超过-600m水平开采的矿深部矿井煤层自燃危险性随着采深的增加而增加。

2.2 煤层自燃危险性与地温的关系分析

矿井地温是指煤层及其周围岩层的原始温度，测试统计了枣矿集团各矿井不同水平地温汇总表1。

由表1可以看出，随着开采水平延深，地温逐渐增加，地温百米增加梯度为1.25～2.82℃。而通过分析的煤层自燃危险性与采深关系可知，在-500m水平内开采的矿井自燃危险性与采深无明显关系，但在超过-600m水平开采的深部矿井煤层自燃危险性随着采深的增加而增加。因此可以得出煤层自燃危险性随地温增加而增加。从理论分析，也存在这一规律，主要原因有：

（1）地温增加，煤的化学活性增加，煤氧反应速率加快。

（2）地温越高，煤氧化升温过程中散热量减少。

（3）随地温增加，为了降温需增加风量，风压增大，形成的漏风越严重。

表1 枣庄矿区各矿井不同水平地温测试统计

2.3 煤层自燃危险性与煤层变质程度的关系分析

分析枣庄矿区开采的山西组3上、3下煤层氧化情况，统计得出其具体情况见表2。

表2 不同煤层历年氧化点数量

根据表2分析3上、3下煤层自燃隐患总数可知：3上煤氧化点总数为9，而3下煤氧化点总数为99，3上、3下煤同属3层煤，其变质程度均等，故得出煤的自燃危险性随煤的氧化程度而增高。

2.4 煤层自燃危险性与其他因素的关系分析

分析枣庄矿区历年煤层自燃及自燃隐患原因可知，煤层氧化均发生在巷道掘进揭露地质构造造成冒顶形成高冒或过构造造成推进度慢的采煤工作面或因其他原因造成推进度慢的工作面或密闭不严、系统不均压造成漏风的采空区，由表3可以看出，枣庄矿区历年发生的煤层自燃及自燃隐患中，工作面推进速度慢造成的自燃事故次数最多，为40次，其他依次为地质构造造成的高冒（20次）、不均压通风（19次）、地质构造造成推进速度慢（6次）。

3 结论

通过分析煤层自燃危险性与采深、地温、煤体变质程度等因素的关系，研究深部开采煤层自然发火规律，得出了如下结论：

（1）从支护方式、采煤工艺及氧化原因等角度分析了枣矿集团历年自燃事故的原因，得出引起煤层自燃事故的氧化原因主要有构造、推进速度、漏风、分层开采等。

（2）研究分析了煤层自燃危险性与采深的关系。枣庄矿区各矿井在-500m水平内开采的矿井自燃危险性与采深无明显关系，在超过-600m水平开采的矿深部矿井煤层自燃危险性随着采深的增加而增加。

（3）研究分析了煤层自燃危险性与地温的关系。枣庄矿区煤层自燃危险性随地温增加而增加，主要原因为：随地温增加，煤的化学活性增加、煤的氧化蓄热条件越好、漏风通道增加。

（4）煤层氧化均发生在巷道掘进揭露地质构造造成冒顶形成高冒或过构造造成推进度慢的采煤工作面或因其他原因造成推进度慢的工作面或分层开采密闭不严、系统不均压造成漏风的采空区；工作面推进速度慢造成的自燃事故次数最多，为40次，其他依次为地质构造造成的高冒（20次）、不均压通风（19次）、地质构造造成推进速度慢（6次）。