基于TDLAS的采空区煤自燃临界氧气体积分数与“三带”测定研究

景长宝，沈建廷

（陕西长武亭南煤业有限责任公司，陕西 咸阳 713602）

煤自燃会生成如CO2、CO、C2H4、C2H2等标志气体[1-4]，标志气体能反映煤低温氧化和燃烧的程度，随着煤温的升高，各标志气体的生成量会发生明显变化，因此，在早期可利用标志气体的体积分数变化规律进行预测预报。

针对采空区自燃“三带”的研究，国内外不少学者利用CFD技术对采空区煤自燃“三带”进行模拟研究。李宗翔[5]为划分自燃“三带”，建立了采空区漏风相关的渗流方程及氧浓度的扩散方程；黄伯轩基于火灾气体的流动规律，针对采空区火源点位置，构建了专门的数学模型[6]；马成军等[7]对自燃“三带”的划分指标进行了更新，增加了浮煤厚度和煤氧化的散热量。随着科学技术的发展，红外遥感、地质雷达探测等手段[8-10]被广泛用到煤自燃“三带”判定。定性而言，“三带”是客观存在的，但如何去精确地划分其范围，是一个非常复杂的问题。为此，以亭南煤矿4号煤层302工作面采空区为研究对象，该煤层属于I类易自燃煤层，通过程序升温实验，对煤自燃标志气体特征及下限氧气体积分数进行研究，利用分布式激光检测气体系统对采空区气体进行实时动态检测，分析采空区自燃“三带”变化规律，较全面、系统地掌握高瓦斯易自燃厚煤层综放开采期间煤层自然发火规律，从而确定了综放工作面采空区煤自然发火“三带”范围。

1 实验部分

煤质指标见表1。煤炭低温氧化程序升温实验装置如图1。

表1 煤质指标Table 1 Coal quality index

图……