煤自燃是影响煤矿井下安全生产的主要灾害之一,随着煤炭开采量日益增多,煤炭行业安全事故愈加严重。针对抽采过程中煤自燃危险性大的高浓度瓦斯矿井,开展煤自燃危险区域分布规律及其防治理论和技术研究对于减少煤矿安全事故和保障煤矿井下人员生命安全有重要意义。本文以同煤集团高浓度瓦斯矿井塔山矿8204-2工作面采空区为例,针对其上方部分区域地形条件特殊不能布置顶板抽放巷道只能在回采起点布置地面垂直钻孔进行远距离瓦斯抽采的情况,运用数值分析方法构建采空区内部多孔介质模型研究复杂地形条件下远距离瓦斯抽采对采空区煤自燃规律的影响,依据煤自燃危险性区域划分理论来划分采空区三带,并与工作面现场实测数据得出的三带范围做对比,证明模拟结果的准确性,然后研究在远距离瓦斯抽采条件下不同推进长度和风量调整对采空区煤自燃危险区域的影响,最后在此基础上进一步对不同注氮量和注氮位置对釆空区煤自燃的防治效果进行数值模拟分析,确定最佳的注氮参数。结果表明:(1)与正常情况下抽采瓦斯相比,复杂地形条件下远距离瓦斯抽采使采空区氧气浓度升高,煤自燃危险性显著增大,在工作面推进长度为110m情况下,在进风巷一侧,散热带范围大致介于0~25m之间,比正常情况下宽度范围增加了25%,自燃带范围介于25~68m之间,比正常情况下宽度范围增加了79.2%,窒息带范围介于距工作面68m范围之后;在回风巷一侧,散热带范围大致介于0~20m之间,比正常情况下宽度范围增加了11.1%,自燃带范围介于20~88m之间,比正常情况下宽度范围增加了36%,窒息带范围介于距工作面88m范围之后。工作面实测数据和FLUENT模拟结果高度吻合,验证了模拟结果的准确性;(2)随着推进距离的增加,采空区氧化带范围增大;当推进距离超过55m以后,自燃带增大幅度变大(以推进距离在55~65m之间为例),在进风巷一侧,自燃带增大幅度与推进长度增加幅度比例为0.7,该比例比推进长度在35m~55m之间时高出133%,在回风巷一侧自燃带增大幅度与推进长度增加幅度比例为0.8,该比例比推进长度在35m~55m之间时高出167%,在推进距离为150m时自燃带宽度达到80m,遗煤自燃危险性显著增大。因此,当推进距离超过55m以后,自然发火可能性增大,需要结合井下注氮来保证安全生产;(3)工作面在风量调整为最佳风量3000m~3/min后,煤自燃危险性区域的范围在一定程度上得到了缩减,表现为散热带宽度减少了5m,氧化带宽度减少了15m,窒息带向工作面移动了20m;(4)当注氮量2000m~3/h时,在进风巷一侧,散热带宽度大约为15m,比无注氮时下降了25%,氧化带为8m,比无注氮时下降了71.4%;在回风巷一侧,散热带宽度大约为4m,比无注氮时下降了33.3%,氧化带为11m,比无注氮时下降了64.5%,发现注氮明显降低了采空区的氧气浓度,使煤自燃危险区域变小,惰化效果显著。综合考虑采空区内防止煤自燃及巷道内作业人员的安全等因素后,选取最佳注氮量为2000m~3/h。在靠近进风巷道一侧氧化带内距工作面35m处顺风注氮,惰化效果最佳。该文有图18幅,表14个,参考文献79篇。