综采工作面采空区煤炭自燃三带的划分及实测
《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，综放采空区的安全问题逐渐凸显。
特别是采空区的自燃问题，给煤矿的安全生产带来了巨大的威胁。
本文以昌恒矿为研究对象，对其综放采空区自燃的“三带”划分进行深入探讨，并提出综合防灭火技术的研究与应用。
二、昌恒矿综放采空区自燃“三带”划分1. 散热带：这是指采空区内距离火源较远，温度相对较低的区域。
在此区域内，煤炭的氧化反应较为缓慢，不易发生自燃。
2. 自热带：自热带紧邻散热带，是煤炭氧化反应加剧的区域。
在此区域内，煤炭温度逐渐升高，但尚未达到自燃点。
3. 燃烧带：燃烧带是采空区内煤炭已经发生自燃的区域。
在此区域内，煤炭持续氧化并释放大量热量，温度极高。
三、综合防灭火技术研究1. 监测预警系统：建立完善的采空区温度、气体成分等监测系统，实时掌握采空区的温度变化和气体成分变化，及时发现自燃隐患。
2. 阻化剂防灭火技术：采用阻化剂喷洒技术，降低煤炭表面的氧化速度，减少自燃的可能性。
同时，阻化剂还可以吸收煤炭释放的热量，降低煤炭温度。
3. 注浆防灭火技术：通过向采空区注浆，填充空隙并隔绝空气，降低氧气浓度，从而达到防灭火的目的。
注浆材料应选择具有阻燃、降温、封堵等功能的材料。
4. 均压防灭火技术：通过调整矿井内外压力，降低采空区的氧气含量，减缓煤炭氧化速度。
同时，均压技术还可以防止外部空气进入采空区，降低自燃风险。
5. 人员管理：加强矿工的安全培训，提高其对采空区自燃的认知和应对能力。
同时，制定严格的作业规程，确保矿工在采空区作业时的安全。
四、技术应用与效果评估综合应用上述防灭火技术，可以有效地控制昌恒矿综放采空区的自燃问题。
通过实时监测预警系统，及时发现自燃隐患并采取相应措施。
阻化剂、注浆和均压技术的应用，可以降低采空区的温度和氧气浓度，减缓煤炭氧化速度。
同时，加强人员管理，提高矿工的安全意识和应对能力，确保安全生产。
五、结论昌恒矿综放采空区自燃“三带”的划分及综合防灭火技术的研究与应用，对于保障煤矿安全生产具有重要意义。
关于综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法研究
关于综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法研究[摘要]随着我国采矿工作的不断深入，采矿技术得到了极大地提高，本文主要结合自己的工作经验，对综放面采空区自燃”三带”的综合划分方法进行简要的探讨，并在此基础上提出几种煤炭自燃防治的新技术，以供参考。
[关键词]综放面采空区自燃”三带” 综合划分1综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法及其指标1.1采空区自燃“三带”的综合划分指标“三带”的划分指标通常由采空区内的氧气浓度、漏风风速以及温度分布来进行划分的。
其中，冷却带与氧化带之间应该以煤自燃氧化蓄热的临界风速为主指标；而氧化带与窒息带之间应该以煤自然发火的临界氧浓度为主指标，并综合考虑顶板冒落状态、漏风分布状态和温度分布状态等因素。
以下在采空区自燃“三带”的综合划分指标的基础上对综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法进行分析。
1.2煤氧化自燃的极限氧浓度确定氧气为煤炭的自燃提供了决定性的条件，氧气供给量越大，煤与氧的化学作用越强，放热强度也就越大。
在温度一定的情况下，放热强度基本上与氧浓度成正比，当氧浓度与上限漏风强度对应的浓度值相同时，煤体的氧化生热大于散热，煤体的升温速度达到极限，由于是结合上限漏风强度得出的氧气浓度，因此，此极限浓度称为上限氧浓度（Cmax）。
大量研究表明：上限氧浓度与上限漏风强度、煤氧化放热性、浮煤堆积厚度、周围散热条件和煤岩体原始温度存在一定关系。
在现场实践时，煤体的氧化放热特性、浮煤堆积厚度、采空区的上限漏风强度、周围散热条件和煤岩体原始温度都是定值，所以上限氧浓度是可以确定的，其计算公式为式中：ρg表示工作面风流密度（kg/m3）；Cg表示工作面风流热容（J/（g·℃））；q0（Tc）表示试验测定的放热强度（J/（m3·s））；λc表示浮煤导热系数（J/（s·m·℃））；Qmax表示采空区上限漏风强度（m3/（min·m2））；C0表示新鲜风流氧浓度（mol/m3）；Tc表示煤体平均温度（℃）；Ty表示岩层平均温度（℃）；h表示松散煤体厚度（m）；Cmax由上限氧浓度推导出煤体氧化生热的最大氧浓度Cμ的计算公式为式中：V表示气体的摩尔体积（L/mol）；n表示氧气的分子量。
煤矿采空区三带划分
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。
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。
9采空区自燃三带及其划分
授课人介绍
☐授课：时国庆
☐单位：安全工程学院
☐专长：矿井火灾与防治
☐课程：矿井火灾学
☐教材：王德明，《矿井火灾学》，2008.
采空区自燃三带及其划分
时国庆
课时目标
☐采空三带的概念
☐采空区自燃三带的划分方法及标准
☐采空区自燃三带观测的步骤
☐自燃三带的划分的意义
一、采空区煤炭自燃三带的概念
火 采空区自燃
火火火 高冒自燃 煤柱自燃
☐采空区是煤炭自燃的主要易发地点之一
一、采空区煤炭自燃三带的概念
不自燃自
燃
带
窒
息
带
带
☐不自燃带：漏风强度大，热量被及时带走,不会发生自燃。
自燃带漏风强度减弱遗煤氧化热量聚积可能导致煤自燃☐自燃带：漏风强度减弱，遗煤氧化热量聚积，可能导致煤自燃。
☐窒息带：漏风基本消失，氧气浓度下降而无法维持煤氧化。
二、自燃“三带”的划分方法和标准 两种划分方法的对比
依据氧气浓度划分的方法：可操作性强，认可
度广；
依据漏风风速划分的方法：可操作性较低，测
程往往无行或可度，
定过程往往无法进行或测定结果可信度较低，一
般不被认可。
三、自燃“三带”观测步骤 氧气浓度测点布置
800m
180m
100m
综放工作面布置平面图
三、自燃“三带”观测步骤 氧气浓度测点布置
800m
180m
100m
综放工作面布置平面图
三、自燃“三带”观测步骤
取气束管的敷设与保护
线路保护套管
测点保护
抽气泵
球胆束管敷设路线图
测试过程
氧气的测试过程及数据记录
指导火工作
谢谢大家！。
综采工作面采空区自燃“三带”分布规律研究
此范 围内氧气 浓 度为 １ ％ ～１ ％ ， ０ ８ 上覆 岩 层 冒落 并 逐渐 压 实 ， 风量 变 小 ， 氧 适 宜 ， 氧 化 产 生 的热 漏 供 煤 量积 聚 ， 在 自然 发火 的可 能 ； 向采 空 区方 向延 伸 存 再 为 窒息 带 ， 此 范 围 内氧 气 浓 度 小 于 １ ％ ， 氧 进 在 ０ 供
１０ Ｎ工 作 面 为 ９煤 层 的第 ３个 回采 工 作 面 ， ９２ 位 于 ＋８ ０ｍ 水平 一 采 区北翼 。 工作 面 开采 范 围 内 ５ 南 北 平均 走 向长 １８ ０ｍ， 眼 倾 斜 长 ２ ５ ｍ， 层 ９ 切 ８ 煤
平 均 埋 深 ３ ０ ２ｍ。 ３ ．
是 通 过 采 集 采 空 区 气 样 来 分 析 采 空 区 内遗 煤 的 氧 化
情况 。
自工作 面 向采 空 区 ， 先为 散热 带 ， 首 在此 范 围 内 氧气 浓度 大 于 １ ％ ， 风 量 较 大 ， 氧 化 产 生 的热 ８ 漏 煤
量 被 漏 风 带 走 ； 着 向采 空 区 方 向 延 伸 为 氧 化 带 ， 接 在
区风 流 的流线 分 布和流 速分 布 。 由于采 空 区环境 复
收 稿 日期 ： ０ １—１ ０ ２１ １— ８
作 者 简 介 ：付 立 志 （ ９ ８ ） 男 ， 东 泰 安 人 ， 程 师 ，０ ９年 毕 业 １７ 一 ， 山 工 ２０
时 ， 要 通 过 数 值 模 拟 得 到 不 同 边 界 条 件 下 的 采 空 需
结合 １ ０ Ｎ工 作 面 的实 际情 况 ， 次 自燃 “ ９２ 此 三 带” 观测 所确 定 的 划 分 依 据 为 氧气 浓 度 。按 照 图 ｌ
所示 ， 工作 面布 置 ４个 测点 ， 在 采用 在 采空 区埋 设 气 体采集 装 置 ， 通过 束 管 传 输 ， 用 真 空抽 气 泵 取 气 ， 利 色谱仪 分 析 的方式 进行 观测 。 在工 作 面 及 两 巷 共 布 置 ４ 条 管 路 ， 度 均 为 长 １０ｍ。在每 条管 路靠 近 采 空 区一 侧 连接 气 体 采 集 ０
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
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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
特厚煤层综放采空区立体自燃“三带”分布规律实测分析
・
１ ２ ・
同 煤 科 技 Ｔ Ｏ Ｎ ＧＭＥ Ｉ Ｋ Ｅ Ｊ Ｉ
２ ０ １ ６ 年第 ５ 期
况等嘲 。温 度 及 气 样 成 分 的实 测 ， 通 过 在 采 空 区 预埋
发 火有 相 当一部 分是 发生 在支 架上 部 。该 区域正 处 于
取样温度传感器和束管获取 ， 浮煤温度通过在测温传 感器和井下测温仪来实测 ， 气样成分通过束管抽气 、 地
该发火 ， 但现在却成 了容易发火的地点 ， 因此有必要对
特厚煤 层综 放 采空 区 自燃 “ 三带 ” 展 开深入 的分析 。 本 文针 对 同煤 国 电 同忻 煤 矿 公 司 ８ １ ０ ３ 面 综 放 开
工作面采空区后部浮煤厚度见图 ｌ 。
采实际情况 ， 分析其采空区立体 自 燃“ 三带” 分布规律 ，
采 空 区温 度 和气 体 不仅 沿 走 向有 变 化 ， 而 且 沿倾 斜 方 向也 有变化 ， 为 了准 确划 分采 空 区“ 三带 ” 范 围， 不 仅在 采 空 区进 风侧 埋设 测 点 １ ＃ ， 中部 埋设 测 点 ２ ＃ 、 ３ ＃， 而 且 在 回风 测 埋设 测 点 ４ ｝ ｝ 、 ５ ＃ 。 为 了便 于 弯 曲 ， 采 空 区 中部 埋 管 采 用塑 料 套 管 ， 并在 刮 板输 送 机 后 挖一 小 沟， 将 塑 料 管 套 入 ￣５ ０ ｍ ｍ钢 丝 缠 绕 管 再 埋 入 沟 内 。
浓度 的增加 ， 氧 浓度 也 呈 下 降趋势 ， 存在 垂 直“ 三带” ， 整 个采 空 区 自燃 “ 三带 ” 呈 立体 分布状 态。 关 键词 立体 自燃 “ 三 带” ； 采 空 区； 自然发 火 ； 矿 井防 灭 火技 术 中图分 类 号 Ｔ Ｄ ７ ５ ２
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成自然发火的， 把采空区的 O2 浓度和温度结合起来 综合考虑， 可以合理的划分“三带 ” 的范围， 从而确 定采空区的危险区域， 而综采面采空区危险区域的 划分能够防止和减少自燃火灾的损失， 对煤矿的安 全生产具有很重要的指导作用。 1 煤自然发火的基本规律
煤要发生自燃必须具备 4 个条件： 具有低温氧 化性， 即有自燃倾向的煤以破碎状态存在 ； 有充足的 足够煤自燃的含氧空气通过这些破碎的煤 ； 空气流 动的速度要适中， 使破碎的煤有积聚氧化产生的热 的环境； 在上述的 3 个条件同时具备的状态下， 持续 ［2 ］ 一定的时间， 使煤体可以达到着火温度 。 可以将采空区分 按照煤发生自燃的必要条件， 为自燃难易程度不同的 3 个区域， 即散热带、 自燃带 和窒息带， 一般称之为采 空 区“三 带 ” 。 采 空 区
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（ 第 43 卷第 5 期）
分析·探讨
是有一定的局限性的。 如果利用采空区内按 O2 浓 度和温度相结合的方法来确定“三带 ” 的范围， 就能 “三带” 宽度。 够更准确的确定 2 2． 1 “三带” 采空区煤炭自燃 的实测确定 工作面概况及观测点布置
图2 回风侧温度随距离关系图
祁南矿井位于安徽省宿州市埇桥区祁县镇境 内， 矿井于 2000 年 12 月 26 日正式投产， 核定生产 能力为 300 万 t / a。 矿井采用立井、 集中运输大巷、 分区石门开拓方式， 采煤方式为走向长壁全陷垮落 法， 开采方法综采和炮采。713 工作面标高 － 501． 6 － 533． 3 m， 走向长 788 m， 倾斜长 144 m。 在上、 下风巷同时布置采集气体的束管和观测 且束管和热电偶应捆绑在一起， 遗煤温度的热电偶， 然后通过外套钢管进行保护， 以提高系统 （ 获得数 据） 的可 靠 性。 上、 下 风 巷 中 分 别 布 置 4 个 测 点。 测点外管路再延伸 100 m， 在离工作面 150 m 左右 。 1 处布置观测站 具体如图 。713 工作面采空区温 回风侧和进风侧各 3 个， 回 度探头共布置 6 个测点， # # # # 2 和 1 测点， 6# 和 风侧测点为 3 、 进风侧测点为 7 、 5 # 测点。其相应的各测点温度变化曲线图， 如图 2 、 图 3， 图中黑粗线为各测点平均线。
“三带” 的划分方法： 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。 而现场实际测定则由于采空区设点的困难 ， 测量仪 器精度， 采空区风流方向的不可预见性等影响而尚 无法进行。根据国内外学者对采场漏风的研究认为 “三带” 采空区 的范围根据采空区流速划分一般为： 散热带的流速 ＞ 0． 24 m / min； 自燃带的流速为 0． 24 0． 1 m / min； 窒息带的流速 ＜ 0． 1 m / min。 2 ） 根据 O2 浓度划分。 这种方法在现场实测中 常用， 按 O2 浓度划分一般为： 散热带的 O2 浓度 ＞ 18% ； 自燃带的 O2 浓度为 10% 浓度 ＜ 10% 。 18% ； 窒息带的 O2
根据有关部门对全国统配煤矿和重点煤矿火灾 事故的不完全统计， 煤矿火灾因井下位置不同而表 现出不同的发火频率， 通常采空区自燃火灾占火灾 总数的 60% ， 巷道煤柱自然发火占 29% ， 其他地点
［1 ］ 自然发火占 11% 。由此可见， 大部分的自然发火 与采空区有关， 但是采空区并不是每个地方都会形
分析·探讨
（ 2012 － 05 ）
· 141·
“三带 ” 综采工作面采空区煤炭自燃 的 划分及实测
邓 凯， 袁树杰
（ 安徽理工大学 能源与安全学院， 安徽 淮南 232001 ）
要： 介绍了矿井煤自然发火的基本规律及采空区“三带 ” 的划分方法。 利用采空区的 O2 浓 “三带” 度与温度相结合的方法来合理的划分 的范围， 从而确定采空区的危险区域。 摘 关键词： 综采工作面； 采空区； 三带 + 中图分类号： TD75 2． 2 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 496X（ 2012 ） 05 － 0141 － 02
Classified and Measured of Coal Spontaneous Combustion "Three Zones" in Gob of Fully Mechanized Mining Face
DENG Kai，YUAN Shu － jie （ School of Energy and Safety，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001 ，China） Abstract： The basic law of coal spontaneous combustion in mine and " three zones" classified method in gob were introduced in this paper． The range of " three zones" was reasonably divided by combining oxygen concentration with temperature in gob，and the risk area was determined． Key words： fully mechanized working face； gob； three zones
［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 ”