祁南煤矿工作面采空区煤炭自燃“三带”范围研究
《2024年察哈素3号煤层采空区自燃机理及“三带”监测研究》范文
《察哈素3号煤层采空区自燃机理及“三带”监测研究》篇一一、引言煤炭采空区自燃问题一直困扰着矿区安全管理和环境保护。
本文以察哈素3号煤层为研究对象，深入探讨其采空区自燃机理及“三带”监测技术，旨在为矿区安全生产和环境保护提供理论依据和技术支持。
二、察哈素3号煤层概况察哈素3号煤层位于某矿区，具有较高的开采价值。
该煤层地质条件复杂，煤层厚度变化大，且含有一定量的硫分和易燃物质。
这些因素使得采空区自燃的风险增加，对矿区安全生产构成威胁。
三、采空区自燃机理分析1. 自燃条件分析：采空区自燃主要受煤层自身特性、地质条件、通风状况、水分含量等因素影响。
在察哈素3号煤层中，由于煤质易燃、硫分含量较高，加之地质构造复杂，为自燃提供了有利条件。
2. 氧化放热过程：煤层在采空区内，由于通风不良，氧气含量逐渐降低，但仍然存在氧气与煤的接触面。
当接触面上的煤与氧气发生氧化反应时，会放出大量的热量。
当热量积聚到一定程度时，即可引发煤的自燃。
3. 影响因素分析：除煤质特性外，通风状况、水分含量、地温等因素也会影响采空区的自燃情况。
如通风不良导致氧气含量不足，可能延缓自燃过程；而水分含量过高则会抑制氧化反应的进行。
四、“三带”监测技术研究为有效监测采空区自燃情况，本文提出了“三带”监测技术，即温度带、烟雾带和气体浓度带。
1. 温度带监测：通过在采空区设置温度传感器，实时监测温度变化。
当温度达到一定程度时，即可判断为自燃风险区域。
2. 烟雾带监测：利用烟雾探测器对采空区进行监测，当烟雾浓度达到一定阈值时，表明存在自燃风险。
3. 气体浓度带监测：通过检测采空区中的一氧化碳、二氧化碳等气体浓度，判断煤层自燃程度和危险程度。
五、结论通过对察哈素3号煤层采空区自燃机理的研究，本文明确了采空区自燃的主要影响因素和自燃过程。
同时，“三带”监测技术的提出为矿区安全生产和环境保护提供了有效的技术支持。
建议在实际应用中，结合矿区实际情况，制定合理的监测方案和安全措施，确保矿区安全生产和环境保护。
煤层工作面采空区自燃三带划分项目研究方案
煤层自然发火期、自燃标志性气体及工作面采空区自燃“三带”划分项目研究方案中国矿业大学安全工程学院二○一六年五月1 研究内容1.1主要研究内容1)测试煤层自然发火期；2)研究煤层煤氧化过程中生成的气体与煤温之间的关系，筛选预报煤层自然发火的标志气体，确定预报临界参数，建立指标气体与煤温的对应关系；3)测定工作面采空区内部温度、气体浓度随着工作面推进的变化规律，确定工作面采空区自燃“三带”；1.2研究目标1)确定煤层自燃早期预报的指标气体及其预报临界参数；2)查明工作面采空区自燃“三带”宽度；3)掌握工作面采空区自燃规律。
1.3技术路线1)通过对相邻矿井开采同类煤层的自然发火规律调查，并进行现场调研，分析煤炭自燃的发生规律及其影响因素；2)现场采集煤样，通过实验测试研究，对煤层的自然发火危险性、氧化特性和自燃倾向性进行鉴定评价；3)研究煤层氧化升温过程中各种气体的生成规律，确定工作面煤自燃预测预报标志气体；4)进行工作面采空区自燃“三带”测定，研究采空区自燃规律；2 研究方法煤炭自燃火灾是矿井常见主要灾害之一。
不仅可造成工作面停产，冻结已准备的煤炭资源，而且还可能造成大量人员伤亡。
淮北矿区部分矿井如朱仙庄矿、桃园矿、许疃矿等开采煤层具有自然发火危险性，发火期为3～6个月。
自然发火威胁矿井安全生产，因此，研究煤层自燃发火特征与防控技术是保证矿井安全生产的主要工作重点任务之一。
2.1 “三带”划分指标及方法的确定目前，确定划分“三带”的指标主要有三种：①采空区漏风风速V（V>0.24m/min为散热带；0.24≥V≥0.1m/min为自燃带；V＜0.1m/min为自窒息带）；②采空区氧浓度（C）分布（认为C＜6%为窒息带，C≥6%为自燃带或散热带）；煤的氧化反应顺利进行的前提条件是的供氧速度大于耗氧速度，否则则氧化过程将受到抑制；③温度升高速率。
在较长的一段时间内采空区遗煤温升速度1℃/d，则为自燃带。
煤矿采空区自燃三带如何划分
煤矿采空区自燃三带如何划分?采空区分为三带，而煤炭的自燃一般发生在自然带。
采空区自燃三带的划分是防范采空区自燃的重要基础。
合理地确定采空区自燃三带的范围，可以增强防灭火措施的针对性，提高防灭火工程的效果，有效预防自然发火事故，将对预防采空区的自然发火及保障综放面的安全生产具有十分重要的现实意义。
自燃三带划分的理论依据是煤氧复合理论，该理论认为煤炭自然发火必须同时满足3个条件，即：①煤自燃倾向，且呈现破碎堆积状态；②具有持续供氧的漏风条件；③具有良好的蓄热条件。
分析自然发火的条件可以看出：自燃的第1个和第3个条件与浮煤的厚度相关，只有煤层达到一定厚度才具备蓄热条件；自燃的第2个条件与氧气浓度相关，只有氧气浓度达到一定值后才能维持浮煤的氧化反应。
因此，氧气浓度场分布和采空区浮煤厚度分布可以正确反应采空区浮煤的自燃环境和自燃条件，利用这2个指标就可以将采空区科学地划分为空间自燃三带。
自然发火是煤氧复合发生反应的结果，在进行采空区空间自燃三带划分时，不仅要考虑采空区氧气浓度的分布，还要考虑煤自然发火的物质基础——煤的分布，只有把氧气浓度C与浮煤厚度h分布相结合，才能正确反应综放采空区浮煤的自燃状态。
具体划分办法有以下3种。
1）散热带。
综放采空区散热带是指具备充足的供氧条件但不具备蓄热条件的区域，或者具备充足的供氧条件但浮煤厚度h小于极限厚度h min或没有浮煤的区域，其判定条件为(C>18%)∪(10%≤C≤18%∩h<h min)。
2）氧化升温带。
氧化升温带是指具备充足的供氧条件和良好的蓄热条件，煤自燃产生的热量只有部分被带走，所剩热量能维持煤继续氧化升温的区域，其判定条件为(10%≤C≤18%)∩(h>h min)。
3）窒息带。
窒息带是指由于不具备维持煤继续自燃升温的供氧条件，煤氧化反应减缓或停止的区域，其判定条件为C<10%。
当确定了采空区的自燃三带后，在采空区内最易自燃区域内注防灭火材料，从而破坏漏风供氧和蓄热环境，消灭煤炭自燃。
《2024年昌恒矿综放采空区自燃“三带”划分及综合防灭火技术研究》范文
《昌恒矿综放采空区自燃“三带”划分及综合防灭火技术研究》篇一一、引言随着煤炭开采的深入，综放采空区自燃问题日益突出，给矿山的生产安全带来了极大的威胁。
昌恒矿作为重要的煤炭产区，其综放采空区自燃问题尤为突出。
因此，对采空区自燃的“三带”划分及综合防灭火技术进行研究，对于保障矿山生产安全、提高煤炭开采效率具有重要意义。
二、采空区自燃“三带”划分1. 散热带：采空区中距离进风口较近的区域，由于空气流通较好，温度相对较低，不易发生自燃。
2. 自燃带：采空区中空气流通较差、氧气浓度较高、煤炭氧化放热速度较快的区域。
该区域是采空区自燃的主要发生地，需要重点监控和防范。
3. 窒息带：采空区中氧气浓度较低，煤炭氧化速度极慢或停止的区域。
该区域虽不易发生自燃，但可能因氧气浓度过低而对矿山生产造成安全威胁。
三、综合防灭火技术研究1. 早期预警技术：采用红外线测温、气体监测等手段，实时监测采空区的温度和气体成分，及时发现自燃隐患，为防灭火工作提供依据。
2. 阻化技术：通过喷洒阻化剂、设置阻化墙等方式，降低煤炭的氧化速度，减少自燃的可能性。
同时，阻化剂还可以吸附空气中的氧气，降低氧气浓度，进一步减缓煤炭的氧化过程。
3. 灌浆防灭火技术：利用黄泥、水等材料制成浆液，通过管道灌入采空区，达到封闭火源、降温降尘的目的。
该技术具有操作简便、成本低廉等优点，是当前矿山防灭火的主要手段之一。
4. 惰性气体防灭火技术：通过向采空区注入惰性气体（如氮气、二氧化碳等），降低氧气浓度，使煤炭处于窒息状态，从而达到防灭火的目的。
该技术具有环保、高效等优点，适用于大型矿山。
5. 人员管理：加强矿山人员的培训和管理，提高员工的防火意识和应急处理能力。
同时，建立健全的防火组织体系，明确各级人员的职责和任务，确保防灭火工作的有序进行。
四、研究结论通过对昌恒矿综放采空区自燃的“三带”划分及综合防灭火技术进行研究，我们明确了采空区自燃的主要发生地和防范重点。
综放工作面采空区自燃“三带”分布规律的研究
311矿井火灾是煤矿开采所面临的“五大灾害”之一，由采空区遗煤自燃发火导致的内因火灾是矿井火灾的主要原因。
为预防采空区遗煤的自燃危险，需要对采空区进行“三带”的划分为散热带、氧化带、窒息带。
随着煤矿采掘的不断推进，为解决开采难度大、经济效益低等问题，越来越多的开采作业面采用台阶型综采工作面的布置方式，即综采工作面与两顺槽巷道间留有一个台阶，但此类工作面周围存在大面积采空区，漏风现象较为严重，给工作面火灾防治工作带来极大挑战。
因此，本文以庞庞塔矿5-108工作面为例，通过对工作面采空区温度、CO浓度分布规律进行测试研究，合理科学地给出了工作面自燃“三带”区域，并相应地求出该工作面的最小推进速度，保证工作面的安全回采。
1 矿井概况 庞庞塔矿位于位于山西省河东煤田中段临县县城以东。
井田面积60.73k㎡，生产规模1000万吨/年，批准开采3号-10号煤层。
5-108工作面是综采放顶煤工作面，煤层厚度2.50～4.3m，平均厚度3.5m；倾角3°～7°，平均为 5°；工作面东侧为5-106上工作面采空区，西侧斜上方为5-103上工作面采空区，北邻冲刷带无煤区、南邻西翼带巷和西翼轨道巷。
煤层平均倾角6°，开采煤层厚为2.7m。
与传统综放工作面的不同之处是，该工作面的东侧上方约111m处存在上分层的采空区，在分析采空区自燃“三带”分布规律时，应充分考虑上分层采空区对“三带”分布的影响。
2 现场测试方案 2.1 测点布置 温度传感器和束管安装在5-108综放工作面采空区内，用以监测及分析温度和气体。
1#、2#和 3#测点位于进风巷一侧，6#、7#和 8#测点位于回风巷一侧，每个测点之间的距离约为9m；4#和5#测点则布置在5-108上工作面两顺槽的以内约10m 处。
各测点均布置有温度传感器和束管，每个测点的温度传感器和束管将随着工作面的推进逐渐埋入采区内[2]。
由于矿井环境条件恶劣，温度传感器必须要同时具备稳定性能好、安全性能高、防腐蚀、抗静电冲击等优良特性，并适应于远距离传送要求，能够满足煤炭自燃的早期预测预报。
煤矿采空区三带划分-精选.pdf
内蒙古*****有限公司******煤矿综采工作面采空区自燃“三带”划分报告编写：内蒙古*****************技术部审核: *** **** **** 批准：*****2017年10月11日制定2017年10月11日实施综采工作面采空区自燃“三带”划分报告作为煤矿五大自然灾害之一，火灾的发生不仅能产生大量的CO造成作业人员中毒，高温烟流可能导致巷道风流逆转、破坏通风系统，而且还会烧毁资源、设备，甚至引起矿井瓦斯燃烧和爆炸。
根据其成因将矿井火灾分为内因火灾和外因火灾，内因火灾因其发生过程缓慢，无明显火焰，不易察觉，也不能及时找到火源的精准位置，一旦发现，大面积自燃发火很难控制和采取措施处理。
据不完全统计，采空区自燃火灾占矿井内因火灾的60%左右，矿井内因火灾大多数都与采空区有关，因此通过测定定采空区自燃三带的宽度，进而确定采空区自燃的安全推进速度，是煤矿效预防采空区自然发火的关键。
一、***********采煤工作面概况***********采煤工作面长度130米，高度 4.0米，***********切眼平均坡度32°。
+1500水平一采区***********采煤工作面位于矿井北翼，是本井田9#层煤第二个回采工作面，***********回风顺槽标高为： +1435.1～+1505.5m，平均为：+1470.3m，运输顺槽标高为：+1359.9m～+1453.2m，平均为：＋1406.6m。
工作面埋深97.9m～243.5m,平均埋深：170.7m。
，回采方式为综采一次采全高，采用U 型通风方式，全部垮落法控制顶板，所开采9号煤层属于易燃煤层，自燃倾向等级为Ⅱ级，最短自燃发火期为134d。
二、采空区“三带”划分方法目前对采空区“三带”的划分方法主要根据对煤自燃过程产生影响的氧气浓度、漏风流速和温升速率3个指标确定。
1、根据采空区漏风流速划分。
这种方法主要通过实验室模型实验，模拟采场的实际条件来进行。
井下综放作业面采空区自燃“三带”分布特征探究
2020年第8期2020年8月对于煤矿井下生产作业而言，瓦斯爆炸和火灾事故是威胁井下生产安全的主要问题[1-2]，对井下采空区自燃“三带”分布特征开展针对性探究，对于更好地开展采空区火灾防治有积极意义，是推动矿井安全质量提升的必要举措。
1工程概述金辛达煤业11105综放作业面为走向长壁后退式放顶煤开采，切眼长230m ，可采长度1820m ，煤层倾角0°~8°，煤层平均厚度5.8m ，采高3m ，煤容重1.40t/m 3，作业面煤层赋存平稳，节理发育。
作业面顶板为K2石灰岩，质坚硬，性脆；底板为泥岩，性脆。
采用“U ”型上行通风方式，胶带顺槽为进风巷，辅运顺槽为回风巷，作业面所开采的11（9+10+11）#煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级，属于自燃煤层，最短发火期为78d 。
2采空区“三带”划分的依据针对采空区遗煤自然氧化特点和氧化程度，作业面采空区自燃“三带”的划分可依照3种不同的标准，分别是采空区漏风风速、采空区O 2的体积分数和采空区温度[3-4]。
2.1采空区漏风风速将作业面向采空区漏风风速作为判定标准，则采空区中风速大于0.25m/min 的区域划定为散热带；风速介于0.10~0.25m/min 的区域划定为自燃带；风速不足0.10m/min 的区域划定为窒息带。
一般来说，这种方法多用于理论计算中，在现场实测时往往很难实现对采空区实际漏风情况的测定，在实际采空区自燃“三带”的划分中不太适用。
2.2采空区O 2的体积分数在采空区接近作业面的区域内，漏风量较大，外界供氧体积分数多高于18%，同时，该区域遗煤氧化后产生的热量也多被漏风带走，难以聚集在相关区域，因此，将采空区内O 2的体积分数大于18%的区域定义为散热带；继续向采空区深部延伸，漏风风量逐渐降低，O 2的体积分数主要介于10%~18%，而且该区域内遗煤氧化产生的热量不容易被风流带走，遗煤具备自燃的条件，因此，将该区域定义为自燃氧化带；继续向采空区深部延伸，漏风量降至低点，空气中O 2的体积分数小于10%，遗煤不易被氧化并生热，遗煤无自燃的可能，因此，将该区域定义为窒息带。
综采工作面采空区煤炭自燃三带的划分及实测
檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻 （ 上接第 142 页） 区的危险区域 参考文献：
表1
位置 进风侧 回风侧
713 工作面采空区 “三带” 范围表
散热带 / m ＜ 30 ＜ 25 自燃带 / m 30 25 90 80 窒息带 / m ＞ 90 ＞ 80
［3 ］
3 ） 采空区遗煤温升速度。 如果采空区内每天 的升温率 K ≥1 ħ / d 时， 就可以认为已进入可能自 燃带
［4 ］
。
采空区内即使漏风流形成了供煤氧化升温的条 件， 但如果某一因素能够限制采空区内积热升温 ， 那 么采空区内温度就不会上升， 从而不会产生自然发 。 ， 火 由此可见 采空区内按漏风流的 O2 浓度划分出 的自燃带内， 浮煤不一定具有氧化积热的条件。 所 以按 O2 浓度指标和漏风速指标划分采空区“三带 ”
1 ） 影响煤矿大面积采空区失稳的自然地质因 素包括煤层厚度、 倾角、 埋深、 断层的影响、 岩体质量 指标 RQD 值、 覆岩的弹性模量和单轴抗压强度、 煤 体的单轴抗压强度、 地应力场中的最大最小主应力 差及应力方向、 采空区积水情况等。 2 ） 影响煤矿大面积采空区失稳的开采技术因 素包括开采面积、 采空区体积、 回采工艺、 顶板垮落 情况、 上下及周围煤层开采情况、 采空区密闭情况、 地表塌陷情况、 采空区失稳事件发生情况、 采空区上 地表建筑物分布情况等。 3 ） 煤矿大面积采空区失稳危险状态等级评定
· 146·
11
（ 第 43 卷第 5 期）
分析·探讨
W1 =
i =1 11 i =1 9
∑G i
∑G imax
i =1 9
18 = = 0． 486 37 18 = 0． 474 38
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祁南煤矿工作面采空区煤炭自燃“三带”范围研究
【摘要】通过在祁南煤矿3410工作面采空区沿走向布置测温传感器和取样束管，对采空区内温度和气样成分进行了测定和分析，根据氧气浓度划分自燃“三带”的标准，确定了试验工作面采空区自燃“三带”的范围。
【关键词】采空区；自燃“三带”；氧气浓度；“三带”范围
1 采空区煤炭氧化自燃“三带”的划分
根据采空区漏风流速与氧气浓度的大小，可将采空区的煤炭氧化自燃区域划分为三个带，即采空区煤炭氧化自燃“三带”。
如表1所示。
表1 采空区煤炭氧化自燃“三带”
“三带”漏风流速m/min 氧气浓度% 表现特征
不燃带大于0.24 大于15% 氧气充足，漏风流速大，有氧化但无蓄热条件
自燃带 0.24-0.1 5%-15%既有供氧条件又有蓄热环境，煤炭最易于自燃
窒息带小于0.1 小于5% 已自燃的煤炭因氧气浓度减少而窒息熄灭
2 试验工作面概况
淮北矿业集团祁南煤矿3410工作面位于101采区左翼第三区段，上部为1013工作面，下部为1017工作面，左侧以DF11为界，右侧以101采区轨道上山保护煤柱为界。
工作面标高-357.8—-423.4m，走向968m，倾斜长150m。
该工作面煤厚1.2-3.3m，一般煤厚2.3-2.7m，平均2.5m。
工作面里段风巷靠近切眼约280m区域内，受火成岩侵入的影响，火成岩沿煤层顶板及中上部呈串珠状入侵，火成岩侵入厚度0-0.7m，局部煤层变焦，天然焦厚度为0-0.4m。
工作面受断层及褶曲的影响，局部煤层起伏变化较大，切眼中部约40m范围内受101F46断层影响煤层倒倾。
所采煤层具有自燃倾向性，自燃发火期为60天，该工作面为综采工作面，冒落法管理顶板，采用“一源一汇”“U”型通风方式。
3 实测方法
3.1 测点布置
在试验工作面进、回风巷预先向采空区埋设8个测点探头，每个测点探头的间距大约为16 m，探头离巷道底板高度在0.5m以上，在测点1#和测点5#外延100 m 处安设观测站。
每个测点均埋设热电偶和采样器，采样器另一端连接取样胶管，取样胶管和热电偶捆绑在一起，并外套钢管进行保护。
另外，为了确保试验的顺利进行，还应对观测站、巷道探头、管线进行保护设计。
3.2 取样系统
取样系统由抽气泵、采样器和输气管组成。
抽气泵是整个气体取样系统的动力设备，试验选用了矿用防爆型真空泵。
气体采样器用直径100 mm，壁厚 5 mm，长500 mm的钢管焊接而成。
管壁上打10mm 孔50个，管壁内焊接衬垫金属丝网，采样器一侧焊接取样胶管接头。
取样胶管采用内径 5 mm 的聚氯乙烯塑料管。
实测中利用气囊分别对各测点进行取样，送到地面实验室后利用祁南煤矿SP-3430型气相色谱分析仪进行分析。
测试分析的气体成分为：CO、CH4、O2、N2、CO2以及烷、烯烃类气体。
4 实测结果分析
4.1 氧气浓度测定结果与分析
漏风流中的O2浓度对煤炭自燃起到决定性的作用，根据实测的数据，绘制出进风侧和回风侧O2浓度随距工作面距离变化拟合趋势图分别如图1、图2。
图1 回风侧氧气浓度随距离关系拟合趋势图
图2 进风侧氧气浓度随距离关系拟合趋势图
根据采空区氧气浓度实测结果表明：
（1）由于气体采集测点布置在采空区上下风巷，采空区顶板冒落时，受煤壁支撑作用，上下风巷内冒落的顶板压实程度不够，采空区漏风较大，导致氧气浓度一直较高。
（2）随着工作面的推进，采空区内氧气浓度逐渐下降，而且进风侧的氧气浓度下降的比回风侧慢，说明工作面采空区漏风流场与漏风变化规律为进风侧较大，回风侧较小。
（3）从图2和图3可以看出，首先，当采空区O2浓度小于10% 时，在进风侧和回风侧距工作面的距离在78m 左右，因此可判断试验工作面采空区自燃“三带”的窒息带在78 m 以后。
其次，在进风侧和回风侧18m 范围内，O2浓度变化梯度较小，基本上大于18%，说明这个区域内漏风强度大，散热条件好，不形成热量积聚，遗煤的氧化作用不大，不会发生自然发火，因此这个区域可以视为散热带。
第三，氧化升温自燃带在18-78m之间，宽度大约为60 m 左右。
在这一范围内，O2浓度保持在10%-18%之间，此区域空隙率和漏风强度适中，遗煤氧化条件较好，氧化速率和范围较大，散热条件较差，遗煤氧化产生的热量不断地积聚，反过来积聚的热量使遗煤的氧化反应加速，有可能导致煤炭自然发火，该区域属于煤炭易燃区域。
4.2 其他气体测定结果与分析
1）对工作面采空区瓦斯浓度实测表明，各测点的瓦斯浓度随工作面的向前推进是逐渐增加的，开始瓦斯浓度较低，但进入采空区深部区域以后，采空区瓦斯浓度升高的较快，说明工作面采空区存在瓦斯积聚的现象。
从瓦斯浓度分布来看，CH4浓度在采空区同一位置，回风侧的CH4浓度高于进风侧的CH4浓度，与实际采空区CH4浓度分布相吻合。
2）试验工作面采空区各测点的CO 浓度大多分为0，个别测点分析出CO 气体，但浓度很小，最大的仅为12×10-6，说明采空区内遗煤发生氧化，但氧化不剧烈。
3）分析各测点释放出的CO2浓度，随着测点距工作面距离的增加，浓度也相应地存在一定的变化，说明采空区内各处有不同程度的煤炭发生氧化。
4.3 采空区自燃“三带”范围确定
本次试验工作面采空区自燃“三带”划分以氧浓度为主要指标，并结合CH4、CO2和CO的分布规律，最终确定3410 工作面采空区自燃“三带”的范围为：不燃带：0～18m；可能自燃带：18～78 m；窒息带：>78 m。
5 结论
（1）沿工作面走向上下风巷布置测点测定采空区自燃“三带”的方法是实际可行的，通过氧浓度确定采空区自燃“三带”范围为：散热带：0～18m；氧化自燃带：18～78m；窒息带：>78 m。
（2）由于影响工作面采空区自然发火的主要因素是推进速度和采空区漏风分布，因此应加快工作面的推进速度，保证工作面日进尺>2.4m，同时用不燃材料在工作面下隅角封堵漏风，对防止采空区遗煤自燃起到事半功倍的效果。