采空区自然发火的原因及防治安全技术措施

艾合买提·库尔班

搞 要：采空区自然发火的特点和产生原因，采空区自然发火的防治及安全技术措施。

关键词：采空区自然发火；原因；防治；安全技术措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.057

1 引言

根据长期生产实践表明，矿井发生内因火灾，90%以上都是采空区自然发火引起的。

如拜城县峰峰煤焦化有限公司建矿60多年以来，前后四次进行了开采方法技术改造，现应用的走向长臂后退试综合机械化采煤方法由1971年以来采用的“仓储式”和2009年以来采用的“伪倾斜柔性掩护支架采煤方法与单体液压悬移支架”采煤方法的基础上改造过来的。随着矿井开采范围的扩大，开采深度的增加，煤层地质构造，煤层变质程度，煤的自然倾向性的变化，矿井压力的增加，采空区自然发火不断发生，且较其它内因火灾有更大的隐蔽性和危险性，特别是高瓦斯矿井较难选择适合的灭火措施，给矿井的安全生产、职工生命带来了严重威胁、对环境带来严重污染。因此，搞清楚采空区自然发火特点和产生的原因，根据具体情况采取相应的有效安全技术措施，是防治采空区自然发火的关键，是保证安全生产的重要举措。

2 采空区自然发火的特点及原因

2.1 采空区自然发火的特点

采空区自然发火属于矿井内因火灾，但他于巷道其他自然发火相比其特殊性是：

（1）采空区自然发火主要发生在采完但没有清理完的老采空区，或采煤工作面受到压力，顶板发生冒顶压煤的采区里，地质构造带，煤体破碎带及裂隙特别发育的地方。（2）由于采空区自然发火的各种环境比较复杂，影响因素多，因而具有很大的隐蔽性，不易发现和处理。（3）走向长臂后退试综合机械化采煤工作面工作面向采空区串风严重，采空区丢煤多，采空区垮落的顶煤及相邻采空区极易发生自然发火。（4）高瓦斯矿井，采空区处理不完善、瓦斯抽放不达标，采空区浮煤自然可能引起瓦斯燃烧或爆炸，产生大面积煤层自然。（5）采空区火区启封或进行灭火时危险程度大。（6）自然发火的采空区，注水，注浆等产生的水蒸汽、“水煤”与瓦斯共同存在，爆炸危险性大。

（7）采空区自然，热风压自供氧，自然发火过程温度高，反应速度快，灭火难度大。

2.2 采空区自然发火的原因

（1）煤层厚度和倾角。煤层厚度和倾角越大，自然危险性越大。因为开采厚度和倾角较大的煤层时，煤炭回收率低，采空区丢煤多。（2）开拓开采条件。开拓、开采方式选择的合理与不合理是直接影响采空区发生自然发火的重要因素。（3）地质构造。煤层中有地质破坏的地方（如褶皱，断层，破碎带和岩浆侵入区等）进行开采工作，采空区煤炭自然发火现象比较频繁。（4）围岩性质。顶板的物理机械性质（结构，硬度，可塑性等），也是直接影响采空区自然发火的主要因素。（5）瓦斯涌出量，开采速度，产量，落煤工艺，提升能力，通风压力，采空区封闭质量等因素是采空区自然发火的主要因素。（6）煤的自然倾向性。煤的自然发火期是在进行开采过程中是直接影响采空区自然发火的主要因素。（7）自然的连续供氧条件。易于发生自然发火的采空区，地质构造带及裂隙发育等地方都存在连续的供氧条件，但其连续供氧的方式都有所不同。对采空区来说，漏风量少，则空气扩散难。采空区顶部空气成分的变化密度大，静压值比采空区底部高，气体流动方向自顶部至底部，能将顶部的氧气供给给底部燃烧的煤炭，这样形成连续供氧。采空区面积大，自然发火时流过的风流能形成风流紊乱状态，这是产生热风压的主要因素。（8）采空区内的煤氧化后，产生热量，便其温度升高（采空区底部），采空区顶部有温差，就产生微量的热风压。在热压的作用下，采空区内底部的热空气接触顶部低温空气，为采空区自然提供了连续的供氧条件。

采空区内的热风压值可按下面公式来计算：

P热=10ZP△T/T

式中： P热---热风压，Pa

Z---采空区顶板和底板之间垂直采高，m

p---采空区中空气密度，kg/m?

△T/---采空区内温度增值，℃

T---采空区内正常空气温度，℃

由上式可知，热风压的大小与采空区的高度和温度增值有关，高度越高，温度增值越大，产生的热风压越大。

由上式還可以看出，在采空区高度一定的情况下，采空区存在的时间越长，采空区内浮煤氧化聚热越多，热风压越大。热风量在采空区内扩散，热风压所产生的风速均较小，不能将采空区内煤氧化所产生的热量带走，产生的热量积聚越多，温度升高，就加速了煤的氧化，最终导致采空区自然发火。

3 采空区自然发火的防治及安全技术措施

根据采空区自然发火的特点和源因，可以采取以下安全技术措施来防治采空区自然发火。

（1）进行开拓、开采工作以前必须掌握煤层的地质资料，选择合理的开拓系统和开采方法，减小采空区里面的丢煤量，改变供氧条件和热风交换条件来防治采空区发行自然发火。（2）在采空区内，应用高压管子等灌注黄泥浆等方法来防治采空区发生自然发火。（3）注水法来防治采空区发生自然发火。根据水能吸热降温的物理特性，将高压水管直接往采空区进行连续注水，在采空区里面残煤表面形成水膜，防止和减弱残煤与氧气的接触，防止煤的氧化，以此来防治采空区发生自然发火。（4）工作面回采工作结束后必须在所有与工作面相通的巷道中设置密闭墙，全面封闭采空区，防止采空区漏风，达到防治采空区发生自然发火的目的。（5）完善注氮系统，回采工作结束后，采空区进行永久封闭，采用采空区注氮方法来防治采空区发生自然发火。（6）安装可靠的采空区自然发火预报、监测、监控系统来防治采空区发生自然发火。（7）布置采区时必须根据运输、提升、回采和供风等情况合理布置，采用加快回采速度、减少采空区漏风等措施来防治采空区发生自然发火。

4 结束语

总的来说，在煤层自然倾向性和地质条件都相同的情况下，通过改变技术条件和设备条件，提高管理水平等措施来防治采空区发生自然发火是切实可行的。

参考文献：

[1]赵善杨.巷道自然发火的原因及防治技术[J]煤炭工程师，1997（05）.

[2]陈全.采空区“三带”划分指标的研究[J].煤炭工程师，1997（03）.