总第257期doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2021.01.005
李会兵
（山西长治王庄煤业有限责任公司，山西长治046000）
摘要：针对王庄煤业3801工作面采空区遗煤自燃发火防治，通过理论分析确定使用O2作为煤自燃预报
指标气体来判断采空区自燃情况，根据现场监测结果确定了3801工作面采空区自燃三带分布范围。进风
侧：0~20m为散热带,20-125m为自燃带，大于125m为窒息带；回风侧：0-10m为散热带,10~60m为
自燃带，大于60m为窒息带。并计算岀了工作面最小安全推进度为1.1m/d。该研究结果为矿井防灭火 工作提供了科学依据。
关键词：采空区；自燃三带；推进度；防灭火
中图分类号:TD752文献标识码：A文章编号：1005-2798（2021）01-0014-03
Study on Three Zones of Spontaneous Combustion in Goaf of3801Working Face in Wangzhuang Mining Industry
自动垃圾桶
LI Hui-bing
(Wangzhuang Mining Co.,Ltd., Changzhi046000,China)
Abstract:Aimed at Wangzhuang Mining3801working face of coal spontaneous combustion prevention and control,through the theoretical analysis that determine to use O2as coal spontaneous combustion prediction to judge the goaf spontaneous combustion index gases, according to the result of field monitoring the3801working face goaf spontaneous combustion three zones distribution range is determined.Inlet wind side:0-20m is scattered tropical zone；the spontaneous combustion zone is20~125m,and the asphyxiation zone is greater than125m.Return side:0~10m is scattered tropical zone；the spontaneous combustion zone is10~60m,and the asphyxiation zone is greater than60m.The minimum safety propulsiondegree of the working face is calculated as1.1m/d.The research results provide a scientific basis for mine fire prevention work.
Key words:goaf;three belts of spontaneous combustion;advance degree;fire prevention
矿井火灾长期作为矿井五大灾害之一，严重威胁着我国煤炭安全开采。在矿井火灾中，超过60%是由于采空区遗留煤炭自燃引发的，尤其对于大采高工作面回采，工作面断面整体增大，需要风量增加，采空区漏风量随之增多，加之工作面遗煤进入采空区，为煤自燃创造了良好的条件，也给矿井防灭火工作带来了极大困难［1-3］。探测采空区煤自燃“三带”（散热带、自燃带、窒息带）的分布范围、有针对性的采区防灭火措施，防治采空区遗煤自燃，对于矿井安全开采具有重要意义［4-5］o本文以王庄煤业3号煤层3801工作面采空区遗煤自燃防治为背景，通过现场实测、实验研究、数值模拟相结合的方法，准确划分了采空区煤自燃“三带”，研究结果为矿井3号煤层防灭火工作提供了科学依据。
1工程概况
山西长治王庄煤业有限责任公司隶属于长治市长治县，生产规模240万t/a，井田面积16.6902km2，矿井采用斜井开拓，采用主通风机全负压抽出式通风方式。3号煤层为不易自燃煤层，自燃倾向性等级为III级，具有爆炸危险性。矿井绝对瓦斯涌出量为11.01m3/min，相对瓦斯涌出量为2.6m3/t，矿井瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井。
复合纸3801综采工作面位于矿井3号煤层，煤层倾角1~6°，煤层平均厚度5.07m，走向长度838.20m，倾向长度242.17m，工作面配风量1884m3/min o
收稿日期：2020-10-9
基金项目：内蒙古自治区高等学校科学研究资助项目（NJZY17175）
作者简介：李会兵（1990-），男，山西长治人，助理工程师，从事矿井“一通三防”技术管理工作。
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工作面直接顶为泥岩、砂质泥岩，平均厚度5.20m，属中等稳定顶板。老顶为细粒砂岩或中粒砂岩，平均厚度5.30m，致密坚硬，属坚硬岩石。直接底板为泥岩、砂质泥岩，平均厚度2.63m，属软弱-中硬岩石。
2 “三带”划分依据
采空区氧气含量能够直接反应煤氧化的情况，本次“三带”划分主要以采空区氧气含量为主，一氧化碳、二氧化碳等其他气体含量为辅。本次试验工作面氧气含量指标定为：通风散热带O2含量M 18.0%，在通风散热带内，由于采空区漏风严重，造成采空区内含氧量增加，遗煤氧化加剧，氧化生成的热量被漏风带走，导致热量不易集聚，整体温度较低，遗煤不易自燃，定为通风散热带；自燃带O2含量10%-18.0%，该区域采空区漏风依然严重，氧气浓度较大，然而由于遗煤氧化生成的热量不易 被漏风带走，更容易氧化自燃，因此定为自燃带；窒息带O2含量W10%，该区域采空区漏风量小，含氧量较低，遗煤氧化生成的热量少，遗煤自燃的可能性小，因此定为窒息带。
3现场监测分析
3.1现场监测方案
现场监测点布置如图1所示：在采空区进、回风侧埋设取样头布置测点1、2，取样管路采用束管，束管的外部采用D50mm钢管作为保护管，避免顶板来压或端头支架压力对束管造成压断或破坏。束管的前端布置如图2所示：取样头为2寸保护圆柱形钢管，将钢管上端封严，并将取样头钻上无数的小孔，以便气体进入取样头，将束管单管伸入取样头并用封泥将进口封严。束管单管从取样头出来后从采空区进风侧和回风侧的两趟钢管中穿出。随着工作面的推进，束管埋管逐渐伸入采空区内，人工间断地采样监测采空区束管测点的O2含量，以此划分采空区三带范围。lvds屏线
束管抽气
图1现场监测点布置
观测期间要确认整个束管及接点处无泄漏，每天采1次样，每次采样完后尽快分析；每个束管进行气体采样之前，应将束管内的空气排空，以保证气样来自采空区之内；每次采样时，应详细记录工作面
的生产情况，包括回采距离、采空区冒落、瓦斯涌出等。
7§自动检票
[—保护钢管；2—取样束管；3—取样端头；4-3气扎；5—隔离密闭图2气体取样管的设置及保护（mm）
3.2现场监测数据分析
现场对3801工作面进回风两条巷道采空区O2含量进行了监测，监测结果如表1及图3、图4所示。由图表可以看出，在进风侧采空区内氧气含量随采空区深度延伸不断降低。采空区5m处，氧气含量20.22%，采空区20m处，氧气含量18.45%，直到深入采空区125m处，氧气含量下降到了9.38%。在回风侧采空区内氧气含量同样随采空区深度延伸不断降低。采空区5m处，氧气含量19.16%，采空区10m处，氧气含量17.92%，直到深入采空区60m 处，氧气含量下降到了9.64%。
表1两巷道采空区氧气浓度变化
进风侧回风侧
深入采空区
距离/m
采空区氧气
浓度/%
深入采空区span80
距离/m
采空区氧气
浓度/% 520.22519.16
1019.491017.92
1518.871516.51
2018.452015.47
2517.982514.66
3017.673013.81
3517.343513.23
4016.964012.65
4516.624511.91
5016.385011.28
5516.015510.75
6015.55609.64
6514.91
高炉喷煤
7014.42
7513.99
8013.51
8513.27
9012.86
9512.42
10011.83
10511.47
11010.96
11510.52
12010.25
1259.38
15
5101520253035404550556065707580859095100105110115120125
距离/m
图3进风侧采空区02含量随采空区深度变化
51015202530354045505560
距离/m
图4回风侧采空区。2含量随采空区深度变化
由于工作面监测是在上小隅角吊挂挡风帘、导风帘，风量畅通，三角区无悬顶的情况下监测的数据，因此得到3801工作面采空区三带分布范围：在进风侧由支架切顶线向采空区小于20m为通风散热带，在支架切顶线向采空区方向20~125m为自燃带，向采空区大于125m为窒息带。在回风侧由支架切顶线向采空区小于10m为通风散热带，在支架切顶线向采空区方向10~60m为自燃带，向采空区大于60m为窒息带，如图5所示。采空区散热带和自燃带总长为125m，该区域内氧气充足，温度适宜，为采空区遗煤自燃创造了良好的条件，应当提前制定采空区防灭火措施，防治采空区遗煤自燃。
图5采空区三带分布范围
4工作面最小安全推进度
根据工作面最小安全推进度计算公式：
y二丄
T
式中:L为散热带和自燃带总长度,m；T为最短
自然发火期,d。
根据现场监测数据,3801工作面采空区散热带和自燃带总长为125m,3号煤层最短自然发火期为113d，因此该工作面生产过程中最小安全推进度为1.1m/d。当工作面生产推进度大于1.1m/d时，采空区遗煤自燃发火的概率较小，加强现场管理，预防为主；当工作面生产推进度小于1.1m/d时，采空区遗煤自燃发火的概率较大，应该及时关注遗煤自燃情况，采取对应的防灭火措施。然而根据矿井生产实际情况，只要保证工作面正常生产不发生长时间停产现象，采空区遗煤基本不会发生自燃，日常应该以预防为主、治理为辅进行采空区遗煤自燃管理。
5结语
1)3801工作面采空区进风侧自燃三带分别为：散热带：0〜20m，自燃带:20~125m，窒息带为大于125m。
2)3801工作面回风侧采空区自燃三带分别为：散热带：0~10m，自燃带：10〜60m，窒息带为大于60m。
3)根据自燃“三带”分布范围，得出3801工作面最小安全推进度为1.1m/d，在目前的开采条件和推进速度条件下，采空区遗煤不会自燃，不需要采取主动防灭火措施。
参考文献：
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［责任编辑：常丽芳］
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