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[摘要]：通过现场观测分析、实验室实验、计算机建模数值分析等方法为基础，确定了首采工作面自然发火标志气体，划分了采空区自燃“三带”，运用综合防灭火技术，成功实现了高地温矿井防治自然发火的安全
[关键词]：自然发火 自燃“三带” 综合治理
中图分类号：K826.1 文献标识码：K 文章编号：1009-914X（2012）32- 0413-01
滕东生建煤矿位于山东省滕州市西南部，京沪铁路两侧，矿井设计产量为每年45万吨，采用立井单水平上（下）山开拓，设主井、副井两个井筒，主井深921m，副井深949m，为鲁南地区第一深井，井底车场标高-865m，矿井为低瓦斯矿井，通风方式采用中央并列抽出式，副井进风，主井（箕斗井）回风。该矿主采3下煤层最短自然發火期为73天，具有煤层自然发火倾向性，采煤工作面、停采线、回撤面为Ⅳ级高度危险。在首采工作面推采期间由于采空区遗煤自燃，CO溢出浓度偏高，最高时CO浓度达到了100PPM，在2011年作为矿井重大隐患进行治理，被煤矿安全监察局鲁南监察分局挂牌督办。
面对煤层自然发火，该矿组织生产技术人员开展技术攻关，通过煤炭自燃氧化理论、指标性气体确定、3下煤样氧化升温实验，对3下107综放工作面自燃“三带”的数值模拟与现场实测，对采煤工作面煤炭自然发火进行危险程度评价，开展滕东煤矿3下107工作面防灭火自然发火规律及综合治理技术研究。
一、根据3下煤实验室煤炭氧化自燃实验结合现场实际分析，3下煤在常温35℃条件下就可以释放出CO气体；当采空区风速为0.1m/min左右时，氧化较强烈，煤炭易于自燃；当C2H4气体浓度出现时，说明采空区应有温度达到150℃以上的高温区域。
二、根据采空区松散煤体的空气动力学特性和能量方程，结合3下107工作面的实际情况，建立了3下107工作面采空区的数学模型，根据现场情况设定了边界条件和初始条件，用计算机对3下107工作面后部采空区进行了模拟，得出了数值模拟情况下的自燃“三带”分布。
三、通过对3下107工作面后部采空区进行埋管，沿工作面方向设置了4个监测点（见图1、2），测得了工作面正常推采时期采空区内温度和气体浓度的变化规律。现场观测可以看出，后部采空区漏风严重，CO在30℃以上就已出现，这与实验室小煤样升温实验的结论是一致的。温度在整个观测期间上升幅度不大，受采空区漏风、遗煤氧化、围岩热传递三者作用共同影响，1号点升高了9.8℃，3号点升高了9.3℃，4号点升高了2.3℃，到观测结束为止，温度变化变化规律不符合判定采空区自燃三带分布的指标依据，因此作为辅助指标。
四、通过测点对采空区内气样的采集，用氧气浓度指标并结合CO浓度划分了采空区的自燃三带。通过1号点测得进风侧散热带在0-85m之间，氧化带在85-95m之间，窒息带大于95m；通过2号点测得采空区中部靠近进风巷一侧的散热带在0-82m之间，氧化带在82-95m之间，窒息带大于95m；通过3号点测得采空区中部靠近回风巷一侧散热带在0-55m之间，氧化带在55-83m之间，窒息带大于83m；通过4号点测得采空区回风巷一侧散热带在0-40m之间，氧化带在40-84m之间，窒息带大于44m。综合分析可知，3下107工作面采空区氧化带范围较小，宽度在10-44m之间，氧化带的宽度从进风一侧到回风侧是逐渐变宽的。根据散热带和氧化带宽度及煤的最短自然发火期得出，3下107工作面的最小推进速度应为2.6m/d。
五、通过以上观测数据可知，采空区漏风严重，漏风深度较大，虽然在进回风巷道隅角处都已施工艾特劳尼隔离墙，但从数据看，进风巷道堵漏效果不好，回风巷道效果较好，从现场分析可知，进风巷道一侧存在一部分采面边界“带采”，使工作面宽度更加小于采空区的宽度，而艾特劳尼墙的隔离范围仅限于靠近采空区边界，因此使得进风流更容易的漏入采空区，造成了采空区漏风严重的现状。
六、通过107工作面采空区煤炭自然发火危险性评估模型评价可知，工作面自然发火危险隶属度为63.41%，属Ⅰ类，说明107采空区浮煤的自燃倾向性、供养氧化条件和聚热散热条件均极有利于自然发火。
七、通过实验室小煤样升温实验、数值模拟及现场观测的基础上，结合矿井实际、周边环境的实际情况以及煤层自燃发火性质等，在采用传统防灭火技术的基础上，工作面隅角仍然出现CO，而且在不断增长的情况下，我矿主要采取以下防灭火措施：
1、矿井有一套完整的制氮注氮系统，注氮与注浆公用一套管路，因此在工作面正常回采期间，结合采空区自燃发火的标志性气体的监测，合理的调配注惰气或注浆的时段，在自燃危险性较低、采空区地势适合注浆时采用注浆方式，自燃危险性较高时采用注氮气方式；
2、工作面向前推进过程中，在有CO气体出现时，在两顺槽各施工一道沙袋墙，并用罗克休等密封材料进行封堵；当CO出现浓度较大且增长速度较快时，采用快速设置隔离墙的措施，即采用铁丝网上喷艾特劳尼的方法快速形成隔离墙。
3、正常回采期间，在进风侧与回风侧挂置挡风帘，防止进风隅角向采空区漏风，以及回风隅角瓦斯超限；
4、提高回采速度，工作面的推进速度一般大于2.6m/d，当工作面回风隅角偶尔出现CO时，应尽量提高推采速度；
5、工作面停采撤面期间，在保证瓦斯不超限的情况下，减少采面供风量，封闭前向采空区先注浆，再注入惰气。
通过对3下107工作面自然发火规律及综合治理技术为研究对象，以现场观测分析、实验室实验、计算机建模数值分析等方法为基础，确定了滕东生建煤矿3下107工作面自然发火标志气体，划分了采空区自燃“三带”，通过采用综合防灭火技术进行治理，该矿3下107工作面回风隅角基本没有出现CO气体，成功实现了高地温矿井防治自然发火的安全，取得了巨大的社会经济效益。在国内外存在类似地质条件的矿井都可大力推广应用。
[关键词]：自然发火 自燃“三带” 综合治理
中图分类号：K826.1 文献标识码：K 文章编号：1009-914X（2012）32- 0413-01
滕东生建煤矿位于山东省滕州市西南部，京沪铁路两侧，矿井设计产量为每年45万吨，采用立井单水平上（下）山开拓，设主井、副井两个井筒，主井深921m，副井深949m，为鲁南地区第一深井，井底车场标高-865m，矿井为低瓦斯矿井，通风方式采用中央并列抽出式，副井进风，主井（箕斗井）回风。该矿主采3下煤层最短自然發火期为73天，具有煤层自然发火倾向性，采煤工作面、停采线、回撤面为Ⅳ级高度危险。在首采工作面推采期间由于采空区遗煤自燃，CO溢出浓度偏高，最高时CO浓度达到了100PPM，在2011年作为矿井重大隐患进行治理，被煤矿安全监察局鲁南监察分局挂牌督办。
面对煤层自然发火，该矿组织生产技术人员开展技术攻关，通过煤炭自燃氧化理论、指标性气体确定、3下煤样氧化升温实验，对3下107综放工作面自燃“三带”的数值模拟与现场实测，对采煤工作面煤炭自然发火进行危险程度评价，开展滕东煤矿3下107工作面防灭火自然发火规律及综合治理技术研究。
一、根据3下煤实验室煤炭氧化自燃实验结合现场实际分析，3下煤在常温35℃条件下就可以释放出CO气体；当采空区风速为0.1m/min左右时，氧化较强烈，煤炭易于自燃；当C2H4气体浓度出现时，说明采空区应有温度达到150℃以上的高温区域。
二、根据采空区松散煤体的空气动力学特性和能量方程，结合3下107工作面的实际情况，建立了3下107工作面采空区的数学模型，根据现场情况设定了边界条件和初始条件，用计算机对3下107工作面后部采空区进行了模拟，得出了数值模拟情况下的自燃“三带”分布。
三、通过对3下107工作面后部采空区进行埋管，沿工作面方向设置了4个监测点（见图1、2），测得了工作面正常推采时期采空区内温度和气体浓度的变化规律。现场观测可以看出，后部采空区漏风严重，CO在30℃以上就已出现，这与实验室小煤样升温实验的结论是一致的。温度在整个观测期间上升幅度不大，受采空区漏风、遗煤氧化、围岩热传递三者作用共同影响，1号点升高了9.8℃，3号点升高了9.3℃，4号点升高了2.3℃，到观测结束为止，温度变化变化规律不符合判定采空区自燃三带分布的指标依据，因此作为辅助指标。
四、通过测点对采空区内气样的采集，用氧气浓度指标并结合CO浓度划分了采空区的自燃三带。通过1号点测得进风侧散热带在0-85m之间，氧化带在85-95m之间，窒息带大于95m；通过2号点测得采空区中部靠近进风巷一侧的散热带在0-82m之间，氧化带在82-95m之间，窒息带大于95m；通过3号点测得采空区中部靠近回风巷一侧散热带在0-55m之间，氧化带在55-83m之间，窒息带大于83m；通过4号点测得采空区回风巷一侧散热带在0-40m之间，氧化带在40-84m之间，窒息带大于44m。综合分析可知，3下107工作面采空区氧化带范围较小，宽度在10-44m之间，氧化带的宽度从进风一侧到回风侧是逐渐变宽的。根据散热带和氧化带宽度及煤的最短自然发火期得出，3下107工作面的最小推进速度应为2.6m/d。
五、通过以上观测数据可知，采空区漏风严重，漏风深度较大，虽然在进回风巷道隅角处都已施工艾特劳尼隔离墙，但从数据看，进风巷道堵漏效果不好，回风巷道效果较好，从现场分析可知，进风巷道一侧存在一部分采面边界“带采”，使工作面宽度更加小于采空区的宽度，而艾特劳尼墙的隔离范围仅限于靠近采空区边界，因此使得进风流更容易的漏入采空区，造成了采空区漏风严重的现状。
六、通过107工作面采空区煤炭自然发火危险性评估模型评价可知，工作面自然发火危险隶属度为63.41%，属Ⅰ类，说明107采空区浮煤的自燃倾向性、供养氧化条件和聚热散热条件均极有利于自然发火。
七、通过实验室小煤样升温实验、数值模拟及现场观测的基础上，结合矿井实际、周边环境的实际情况以及煤层自燃发火性质等，在采用传统防灭火技术的基础上，工作面隅角仍然出现CO，而且在不断增长的情况下，我矿主要采取以下防灭火措施：
1、矿井有一套完整的制氮注氮系统，注氮与注浆公用一套管路，因此在工作面正常回采期间，结合采空区自燃发火的标志性气体的监测，合理的调配注惰气或注浆的时段，在自燃危险性较低、采空区地势适合注浆时采用注浆方式，自燃危险性较高时采用注氮气方式；
2、工作面向前推进过程中，在有CO气体出现时，在两顺槽各施工一道沙袋墙，并用罗克休等密封材料进行封堵；当CO出现浓度较大且增长速度较快时，采用快速设置隔离墙的措施，即采用铁丝网上喷艾特劳尼的方法快速形成隔离墙。
3、正常回采期间，在进风侧与回风侧挂置挡风帘，防止进风隅角向采空区漏风，以及回风隅角瓦斯超限；
4、提高回采速度，工作面的推进速度一般大于2.6m/d，当工作面回风隅角偶尔出现CO时，应尽量提高推采速度；
5、工作面停采撤面期间，在保证瓦斯不超限的情况下，减少采面供风量，封闭前向采空区先注浆，再注入惰气。
通过对3下107工作面自然发火规律及综合治理技术为研究对象，以现场观测分析、实验室实验、计算机建模数值分析等方法为基础，确定了滕东生建煤矿3下107工作面自然发火标志气体，划分了采空区自燃“三带”，通过采用综合防灭火技术进行治理，该矿3下107工作面回风隅角基本没有出现CO气体，成功实现了高地温矿井防治自然发火的安全，取得了巨大的社会经济效益。在国内外存在类似地质条件的矿井都可大力推广应用。