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》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[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。

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。

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。

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！。

873综放面采空区自燃发火“三带”的划分及模拟分析收稿日期:2009-11-23;修订日期:2010-04-23作者简介:裴晓东（1981-），男，江苏徐州人，工学硕士，讲师，现从事安全技术及工程方面的科研与教学工作，已公开发表论文数篇,E-mail ：peixd119@ 。

裴晓东（中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221116）摘要:根据朱仙庄煤矿873综放面采空区温度和气体成分的现场实测结果，利用氧气体积分数法划分出873综放面采空区自燃发火“三带”的分布范围。

同时，介绍了自编的煤矿采空区自燃发火“三带”模拟软件，并利用该软件对873综放面采空区自燃发火“三带”进行了计算机模拟分析，根据两条风速等值线绘制了采空区自燃发火“三带”分布图。

模拟结果与实测结果相吻合，表明该软件具有一定的实用性。

最后还分析了各相关因素对采空区自燃发火“三带”范围的影响情况。

关键词:综放工作面；采空区；自燃三带；计算机模拟中图分类号:TD75文献标识码:A 文章编号:1008-8725（2010）07-0074-04Partition and Simulation of Spontaneous CombustionThree-zone in Goaf at NO.873Fully-MechanizedFace with Caving of Roof CoalPEI Xiao-dong（School of Safety Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China ）Abstract:According to the autoptical results of the temperature and air ingredients in goaf at NO.873fully-mechanized face with caving of roof coal in Zhuxianzhuang Coal Mine,then the spontaneous combustion three-zone in goaf on NO.873fully-mechanized with caving of roof coal face was partitioned by the oxygen concentration method.At the same time,it is introduced that the simulation software for determining the spontaneous combustion three-zone in goaf which has been developed by the author,and it is used to simulate the spontaneous combustion three-zone in goaf at NO.873fully-mechanized face with caving of roof coal,the chart of the spontaneous combustion three-zone was drawn on the basis of the two air velocity isograms,the simulation results are the same as the metrical results.Finally,the influence of some respect factors to the location of the spontaneous combustion three-zone is analyzed.Key words:fully -mechanized coal face with caving of roof coal;goaf;spontaneous combustion three-zone;computer simulation0前言综采放顶煤作为一种高产、高效技术在国内各大矿井普遍采用，但它在大幅度提高煤炭生产效率及产量的同时，在采空区遗留下了大量浮煤，加之推进速度不合理、对采空区可能的自燃区域了解不清等原因，使得自燃发火问题变得更加严重。

工作面“三带”观测及危险区域判定工作面在正常回采期间，确定采空区后浮煤不出现自燃危险是非常重要的。

根据工作面开采后采空区遗煤自燃特点，在实验定量测定相关参数的基础上，推算现场不同条件下引起煤体自燃的极限参数，判定实际条件下面“三带”分布规律，自燃危险区域和安全推进速度，为面自燃火灾防治奠定基础。

1、采空区“三带”划分的理论与分析 采空区遗煤自燃“三带”划分条件采空区遗煤自燃大体可划分为三个带，即散热带、氧化升温带和窒息带。

这三个带在生产工作面呈动态变化，主要受工作面推进速度影响。

（1）散热带采空区散热带是指在某一定温度下，虽然有足够的氧浓度，煤体能得以充分的氧化放热，但产生的热量始终小于或等于散发热量的所有点的集合。

散热带的判定条件为：min max h h Q Q <> （5.11）（2）窒息带采空区缺氧窒熄带是指在某一温度下，虽有足够的浮煤厚度和蓄热条件，但由于氧浓度低，使得产生的热量小于或等于散发热量的所有点的集合。

窒熄带的判定条件为：min C C <（5.12）（3）氧化升温带采空区氧化升温带是指在某一温度下，产生的热量大于散发热量的所有点的集合。

采空区氧化升温带的判定条件为：min min max C C h h Q Q >>< （5.13）2、工作面采空区“三带”观测测点的布置在上、下平巷的巷帮位置，敷设多芯束管，每隔20米设一个观测点，架后如有空间，可利用支架检修时间在工作面上布点，随工作面的推采，用吸气球抽取气样送地面进行色谱分析，现场采用精密的电子仪器测定老空区内的氧气浓度变化情况，找出冷却带、氧化带和窒息带的宽度，“三带观测”选择在工作面推采正常时期，进行为期一年的观测。

采空区气体成分测定范围大约距工作面300米左右，每隔约20米设一个探头，保持采空区内部一侧三个探头，上下平巷同时观测。

在上平巷的上帮和下平巷的下帮各敷设一趟多芯束管，长度不小于80米，中间要求无接头，管路无破损漏气现象，管口超下，高度不低于2米，并套入2寸铁管中，防止淋水进入束管，堵塞进气通道，束管每天安设专人维护，随着工作面向前推移，小心将束管平放到底板上，防止被冒落的矸石砸断，防止被吊挂铁丝拉断。

《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、引言随着我国煤矿开采深度的增加和机械化程度的提高，矿井综合防灭火技术成为了保障煤矿安全生产的重要环节。

昌恒矿作为国内重要的煤炭生产基地，其综放采空区自燃问题尤为突出。

采空区自燃不仅会造成煤炭资源的浪费，还会对矿井安全构成严重威胁。

因此，研究昌恒矿综放采空区自燃“三带”划分及综合防灭火技术，对于提高矿井防灭火能力和保障矿工生命安全具有重要意义。

二、采空区自燃“三带”划分1. 氧化升温带：该区域煤炭与空气接触，发生缓慢氧化反应，释放出热量。

由于该区域通风条件较差，热量积聚导致温度升高，为自燃提供条件。

2. 自然发火带：当温度达到煤炭自燃的临界点时，煤炭开始自燃。

该区域内部存在大量燃烧的煤炭，形成明显的火焰和烟气。

3. 窒息冷却带：随着距离氧化升温带和自然发火带越来越远，氧气浓度逐渐降低，煤炭的自燃条件逐渐消失。

该区域温度较低，属于窒息状态。

三、综合防灭火技术研究1. 监测预警技术：通过安装温度传感器、气体分析仪等设备，实时监测采空区内的温度、氧气浓度等参数，及时发现自燃隐患。

同时，建立预警系统，当参数超过设定阈值时，及时发出警报。

2. 阻化防灭火技术：在采空区内部布置阻化剂，通过阻化剂与空气的接触面积小、阻化效果好的特点，减缓煤炭的氧化速度，从而达到预防自燃的目的。

3. 注浆防灭火技术：采用高压注浆设备将防火材料注入采空区内部，填充空隙并隔绝空气，降低煤炭自燃的可能性。

同时，注浆材料中应添加催化剂，促进材料固化并形成稳定的防火层。

4. 机械防灭火技术：通过采用机器人等设备进入采空区进行巡视和检测，避免人员直接进入危险区域。

同时，利用机械手段对采空区进行封闭和隔离，防止空气进入并加剧自燃。

5. 联合防灭火技术：根据实际情况，综合运用多种防灭火技术手段。

例如，在高温区域采用注浆防灭火技术进行降温和隔绝空气；在低温区域则采用阻化防灭火技术减缓煤炭氧化速度。

综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法与实践余明高;晁江坤;贾海林【摘要】根据目前采空区自燃“三带”的研究现状,确定了基于采空区煤自燃的上限氧浓度和下限氧浓度、采空区自燃“三带”现场观测及数值模拟、MIN-MAX 综合处理法的采空区自燃“三带”的综合划分方法,划分了采空区自燃“三带”范围.以新疆哈密三道岭煤矿4204综放工作面为例进行实际应用,确定了该工作面采空区的自燃“三带”范围.实践表明,该划分方法确定的“三带”能更好地反映浮煤自燃的实际情况,对具有类似条件的采空区防火具有参考价值.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(032)002【总页数】6页(P131-135,150)【关键词】自燃"三带";极限氧浓度;漏风风速;MIN-MAX方法【作者】余明高;晁江坤;贾海林【作者单位】河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TP3230 引言采用综采放顶煤开采方法开采大采高、特厚煤层时，往往在采空区留有大量的松散遗煤，这些遗煤通过物理吸附和化学吸附，在合适的条件下很容易与采空区漏风流中的氧气发生氧化反应，导致采空区自燃火灾的发生，严重威胁矿井生产［1-5］.对于“U”型通风系统的采空区，按遗煤发生自燃的可能性可将采空区划分为散热带、自燃带、窒息带［6］.采空区自燃“三带”划分是矿井防灭火基础工作的重要内容之一，工作面正常生产时，采空区自燃“三带”是客观存在的，而且处于一个动态的稳定状态［7］.采空区自燃“三带”观测的主要内容是检测采空区内氧气浓度随工作面推进的变化情况，并根据煤氧化的临界氧气浓度确定出散热带、自燃带和窒息带的范围.目前，对于采空区自燃“三带”的划分，国内外尚无统一的标准，但总的说来有3种划分指标:采空区漏风风速、采空区氧气浓度以及采空区温度.以采空区的氧气浓度为划分标准的方法是目前在工程实践中应用最为广泛，也是最有效的划分方法.本文选取一个试验工作面进行埋管布点观测，并进行FLUENT模拟，从而更真实的显示采空区自燃“三带”的分布.最后，利用MIN-MAX的方法优化采空区“三带”分布范围，为采空区防灭火提供形象直观的指导.1 综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法1.1 煤氧化自燃的极限氧浓度确定氧气供给是煤自燃的另一个物质基础，对于特定的松散煤体，氧气供给越充分，煤与氧的化学吸咐和化学反应越快，放热强度越大［8-9］.在某一温度下，其放热强度近似与氧浓度成正比，当氧浓度达到上限漏风强度对应的浓度值时，煤体的氧化生热大于散热，煤体的升温速度达到最大，因为是根据上限漏风强度计算出的氧气浓度，所以将这个极限浓度称为上限氧浓度，用Cmax表示.理论研究表明: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有关.现场实践中，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均为定值，故上限氧浓度为可知的极限参数.理论上，上限氧浓度的计算公式［9］为式中:ρg为工作面风流密度，kg/m3;Cg为工作面风流热容，J/(g·℃);q0(Tc)为试验测定的放热强度，J/(m3·s);λc为浮煤导热系数，J/(s·m·℃);Qmax为采空区上限漏风强度，m3/(min·m2);C0新鲜风流氧浓度，mol/m3;Tc为煤体平均温度，℃;Ty为岩层平均温度，℃;h为松散煤体厚度，m;由上限氧浓度Cmax换算为煤体氧化生热的最大氧浓度Cu的计算公式为式中:V为气体的摩尔体积，L/mol;n为氧气的分子量.引起煤自燃的必要条件之一是有连续充分的供氧条件，当风流在破碎煤层孔隙中流动时，随着煤对氧气的吸附和反应，风流中的氧浓度逐渐降低，当氧浓度降低到某个下限值时，煤氧化产生的热量较小，产热量可通过顶底板岩层全部散发出去.此时，煤体温度不再上升，煤体升温速度为0，则称该极限氧浓度为下限氧浓度，用Cmin表示.理论上，下限氧浓度的计算公式为式中为采空区漏风强度，m3/(min·m2)，其它参量的含义如式(1)中所述.由下限氧浓度Cmin换算为煤体氧化生热的最小氧浓度Cd的计算公式为1.2 采空区流场数值模拟根据工作面的具体情况建立模型，气体在采空区的流动，可看作是空气在多孔介质中的渗流.模拟是在GAMBIT中建模，然后采用FLUENT软件进行计算，最后导入到TECPLOT进行后处理.考虑流场的非均匀性，对进风口附近和回风口附近进行局部加密.采空区非均质多孔介质分布情况，采空区氧气浓度和一氧化碳浓度变化方程的源项采用用户自定义函数UDF进行导入、编译.速度与压力之间的耦合采用SIMPLE算法，迭代的最大误差都小于10－3.1.3 基于MIN-MAX方法的采空区“三带”分布范围确定MIN-MAX方法的原理就是将各种方法得到的采空区“三带”范围进行处理，散热带的范围取最小值，窒息带取最大值，从而得到自燃带的最优范围.根据采空区实测氧气浓度和Fluent模拟结果，利用MIN-MAX的方法确定自燃“三带”的最优范围.2 采空区自燃“三带”划分实践将本文确定的综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法，以新疆哈密三道岭煤矿4204综放工作面为例进行实际应用.该工作面走向长度1 687.1 m，倾向长度240 m，煤层平均倾角为6°，煤层平均厚6.3 m，采用走向长壁后退式综采放顶煤全部垮落式采煤法.上顺槽为进风巷兼作轨道运输巷，下顺槽为回风巷兼作皮带运输巷，两巷都为实体煤巷道，沿煤层底板掘进，巷道净宽4 m，净高3 m.2.1 煤氧化自燃的极限氧浓度的具体计算根据现场实测与计算:ρg=1.18 kg/m3;Cg=1.302 J/(g·℃);q0(Tc)=2.87 × 10J/(m3·s);λc=2.13 ×10－1J/(s·m·℃);Qmax=2.48 ×10－4m3/(min·m2)=7.2 × 10－5m3/(min·m2);C0=9.375 × 10－10mol/m3;Tc=30℃;Ty=12 ℃;h=1.3 m;V=22.4 L/mol;n=32.由式(1)得Cmax≈2.64 ×10－1kg/m3;由式(2)得 Cu=18.5%;由式(3)得Cmin≈5.8 ×10 －1kg/m3;由(4)式得 Cd=4.65%.2.2 采空区自燃“三带”范围划分标准的确定煤自燃“三带”的分布特征既与冒落岩石堆放压实状况、遗留浮煤的分布状况、漏风源、漏风汇的位置和漏风强度等因素有关，又与工作面的推进速度有很大的关系.采空区氧含量分布最能反映采空区浮煤氧化状况，因此，采空区三带划分应以氧含量分布为主，其它指标为辅.根据上节中计算的煤体氧化生热的最大氧浓度和最小氧浓度值，本文确定的采空区自燃“三带”划分标准为:散热带φ(O2)≥18.5%;自燃带φ(O2)为18.5%～4.65%;窒息带φ(O2)≤4.65%.2.3 采空区自燃“三带”观测的测点布置采空区自燃“三带”观测采用的方法是在采空区预埋束管检测系统.为分析工作面自燃三带分布情况，沿4204工作面进风巷、回风巷和工作面支架中部各布置3个测点，测点间隔30 m.需要说明的是，进风巷、支架中部和回风巷的每一个测点处都布置一个防倒装置的采样探头，高度为0.6 m，下部有三条腿支撑.为防止采空区积水或浮煤堵塞束管，每个探头高于底板0.5 m左右，端头用三通连接，顶部三通钢管内保护着气体采样器.支架中部的测点布置在支架底放溜槽后部采空区，并且导出到进风巷进行观测.采空区抽气导管采用聚氯乙烯硬质塑料束管，直径为6 mm，为了避免抽气管被采空区冒落的岩石砸坏，外部用直径为70 mm的钢管进行保护.采空区自燃“三带”观测采用抽气法，其抽气探头放在三通钢管中进行保护.将测点编号1-9，按照图1布置，测点之间间隔30 m.其中，测点 1，4，7为第一组;2，5，8为第二组;3，6，9为第三组.2.4 采空区自燃“三带”的观测数据分析由现场实测可知4204工作面采空区氧气体积分数如图2所示，根据煤炭氧化自燃理论，煤炭自燃的决定性因素是漏风风流中的氧气体积分数，用氧气体积分数来划分采空区煤炭氧化自燃“三带”是可靠的，在现场实际测定中也经常使用这种方法［10-11］.分析图2所反映的4202工作面采空区氧气体积分数变化和实测结果可知:(1)当工作面推进50 m后氧气体积分数就迅速减少.这是由于煤层顶板为松软岩石，采空区顶板垮落时，冒落的顶板压实程度较好，采空区漏风较少.(2)各测点氧气体积分数下降的趋势为:靠回风侧的测点下降最快，靠近进风侧的最慢.实测结果充分说明了U型通风系统工作面的采空区漏风流场与漏风变化规律为采空区中部靠进风侧漏风较大，回风侧较小.2.5 采空区自燃“三带”实测范围的确定根据图2从氧气体积分数的变化规律分析可以得出4204综放工作面采空区自燃“三带”的范围如表1～3所示.表1 第一组测点所反映的自燃“三带”分布范围Tab.1 Distribution of the spontaneous combustion three-zone reflected by the first points?表2 第二组测点所反映的自燃“三带”分布范围Tab.2 Distribution of the spontaneous combustion three-zone reflected by the second points?表3 第三组测点所反映的自燃“三带”分布范围Tab.3 Distribution of the spontaneous combustion three-zonereflected by the third points?根据采空区实测氧气体积分数，利用MINMAX的方法所确定的自燃三带范围如表4所示.表4 现场实测数据反映的自燃“三带”分布范围Tab.4 Range of coal spontaneous combustion three-zone reflected by the on-site measured data?由表4可知，采空区自燃“三带”的位置和范围与工作面的漏风量有直接关系.工作面进风巷漏风充足，所以进风巷的自燃带在采空区深部，且范围最大，回风巷漏风最小，所以回风侧进入自燃带比较早，且自燃带范围较小.因此，工作面漏风量越大，采空区自燃带位置越向采空区深部延伸，且自燃带的范围越大.2.6 4204工作面采空区流场分布的数值模拟根据现场观测可知，4204综放工作面采空区两端浮煤厚度达3.0 m，中部采空区浮煤厚度为1.3 m，由于顶板压力较大，根据地质资料可假设中部采空区浮煤距离顶板3 m处为致密边界，工作面的长度为240 m，采空区的深度为300 m，工作面的横截面尺寸为4 m×3 m.数值模拟的物理模型如图3所示.采空区流场分布对采空区的组分浓度分布以及“三带”划分均有重要影响，煤自然发火的主要条件是供氧和蓄热，其中蓄热程度由风速决定.根据国内外学者对采场漏风的研究，一般认为［12-14］，采空区风速介于 0.1 ～0.24 m/min 之间为氧化自燃带.采空区高度为1.5 m平面的漏风速度场、氧气体积分数场的分布如图4和图5所示.根据采空区漏风风速模拟得出距进风巷不同距离处自燃“三带”的分布范围见表4所示.根据采空区氧气体积分数模拟得出距进风巷不同距离处自燃“三带”的分布范围见汇总表5和表6所示.表5 漏风风速模拟的自燃三带分布Tab.5 Distribution of coal spontaneous combustion three-zone according to leakage air viscosity?表6 氧气体积分数模拟的自燃三带分布Tab.6 Distribution of coal spontaneous combustion three-zone according to oxygen concentration?3 4204工作面采空区“三带”范围综合确定根据实测氧气浓度变化得到的进风巷采空区自燃“三带”的分布，以及模拟得到的自燃“三带”范围，利用MIN-MAX的方法进行优化，得出最优的自燃带范围是17.5～160 m.根据对进风巷自燃“三带”范围的综合确定，同理，可以计算出距进风巷120 m和240 m的“三带”范围如表7所示.表7 综合确定的自燃“三带”的分布Tab.7 Distribution of coal spontaneous combustion three-zone based on comprehensive method?4 结论(1)确定了基于采空区煤自燃的上限氧浓度和下限氧浓度、采空区自燃“三带”现场观测及数值模拟、MIN-MAX综合处理法的采空区自燃“三带”的综合划分方法，据此划分的采空区自燃“三带”范围，能更好地反映浮煤自燃的实际情况. (2)研究表明，采空区自燃“三带”的位置和范围与工作面的漏风量有直接关系.工作面漏风量越大，采空区“自燃带”位置越向采空区深部延伸，且自燃带的范围越大.(3)根据MIN-MAX方法，4204工作面进风巷采空区自燃“三带”范围为散热带0～17.5 m，自燃带17.5～160 m，窒息带＞160 m;工作面中部的自燃“三带”范围为散热带0～14.5 m，自燃带14.5～139 m，窒息带＞139 m;回风巷的自燃“三带”范围为:散热带 0～9 m，自燃带 9～74.5 m，窒息带＞74.5 m.(4)根据现场观测、数值模拟和MIN-MAX方法表明，距进风巷距离不同位置的采空区自燃“三带”范围有一定的差异，可为采空区防火提供基础数据，据此可有针对性地采取防灭火措施.参考文献:［1］王省身，张国枢.矿井火灾防治［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1990. ［2］王德明.矿井火灾学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2008.［3］邬剑明.煤自燃火灾防治新技术及矿用新型密闭堵漏材料的研究与应用［D］.太原:太原理工大学，2008:3-5.［4］王俊峰，邬剑明，靳钟铭.一种预测采空区自燃危险区域的新方法——CFD 技术的应用［J］.煤炭学报，2009，34(11):1483-1488.［5］郝宇，刘杰，王长元，等.综放工作面超厚煤层注氮防灭火技术应用［J］.煤矿安全，2008，12(7):41-43.［6］张国枢.通风安全学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2008.［7］文虎.综放工作面采空区煤自燃过程的动态数值模拟［J］.煤炭学报，2002，27(1):54-58.［8］余明高，黄之聪，岳超平.以氧指标划分采空区自燃“三带”的实验研究［J］.西安矿业学院学报，1998，18(1):1-5.［9］刘晨瑶，陈曦，王亚超，等.亭南煤样自燃极限参数实验研究［J］.陕西煤炭，2002，25(1):4-5.［10］刘华锋，张人伟.综放工作面采空区自燃“三带”的观测与分析［J］.煤炭安全，2009，19(3):38-40.［11］董建立，邓五先.安一井S4101工作面采空区自燃“三带”观测及防止自然发火的措施［J］.矿业安全与环保，2006，33(4):1-3.［12］褚廷湘，余明高，杨胜强.基于FLUENT的采空区流场数值模拟分析及实践［J］.河南理工大学学报:自然科学版，2010，29(3):2-5.［13］余明高，常绪华，贾海林.基于Matlab采空区自燃“三带”的分析［J］.煤炭学报，2010，35(4):1-4.［14］王家学，潘荣锟，余明高.王台矿2304采面自燃“三带”观测及数值模拟［J］.煤炭安全，2010，39(4):1-3.。

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”的测定
赵国彬;潘凤龙
【期刊名称】《河北化工》
【年(卷),期】2016(039)004
【摘要】为了提高综放工作面的注氮效果,合理确定注氮管路步距及注氮口位置.基于采空区漏风流场及漏风变化规律,采用在采空区预埋束管取样器的方法,检测采空区气体成分随工作面推进变化情况确定采空区自燃“三带”范围,并在同发东周窑煤业公司8102综放工作面得以实践应用.结果表明:该综放工作面冷却带范围为:0～15m,氧化带范围为:15～ 95m,窒息带范围为:大于95 m.
【总页数】3页(P54-55,59)
【作者】赵国彬;潘凤龙
【作者单位】大同煤矿集团同发东周窑煤业有限公司,山西大同 037101;大同煤矿集团同发东周窑煤业有限公司,山西大同 037101
【正文语种】中文
【中图分类】TD752.2
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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。

采空区自燃三带的划分【摘要】采空区自燃三带的划分是防范采空区自燃的重要基础。

在进行采空区空间自燃三带划分时，应当综合考虑影响煤炭自然发火的主要影响因素，氧气浓度的指标和浮煤厚度分布的情况，还要把采空区三维空间氧气浓度场与浮煤厚度分布范围相叠加起来，才可划分出综放采空区的空间自燃三带。

本文就采空区自燃三带的划分问题，通过对采空区遗煤的空间分布的分析，对自燃三带作出了解释，最后以煤氧复合理论为依据，对采空区自燃三带作出了划分，即“散热带”、“氧化升温带”、“窒息带”。

【关键词】自燃“三带”；划分指标；空间分布引言作为高产量、高效率的采煤技术，综放开采已在国内普遍使用。

大幅度提高煤炭生产效率及产量是人们所关注的。

但与此同时，这项技术为采空区也带来了巨大的安全隐患。

比如，遗留下大量的浮煤，推广速度过快、在采空区的自然区域范围内的不严格规划，等等，这些情况让采空区的自然发火问题空前严重。

矿区的安全一直是相关部门注重的首要问题，而综放开采则严重威胁着矿区的安全。

我们应该清楚的认识到，矿区工作应该是在安全的基础上去实现高产高效的目的。

采空区分为三带，而煤炭的自燃一般发生在自然带。

因此，为了确保工作人员的人身安全，应该科学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。

一、采空区遗煤的空间分布状态根据资料及实际运用可知，综放的主要特点如下：随着工作面的推进，在压力的作用下，顶煤不断地被破坏、冒落并最终被放出；接着是直接顶岩层发生垮落，由于采出空间的增大，采空区不能被首先先垮落的下位直接顶充满，以至于顶板岩层的垮落会继续向上发展，直到充满采空区或形成较为稳定的结构；紧接着就是基本顶的垮落。

根据现场观测，顶煤的冒落一般伴随着下位直接顶的冒落，又因为受到冒落顶煤和矸石的限制，开始冒落时，下位直接顶冒落较规则；但是，随着顶煤的放出，已冒落的下位直接顶岩块呈不规则排列；在工作面放煤的后期，这部分冒落的矸石会混入顶煤一起落下，在实际放煤工作中，保障煤质是关键，为了达成目的，一般操作是将放煤口关闭，停止放煤。

煤矿井下采空区自燃“三带”的探讨与考察摘要：本文主要探讨煤矿井下采空区自燃“三带”的划分、监测及分析，确定自燃“三带”区段，保证采煤工作面的正常回采。

关键词：煤矿；自燃；三带引言根据采空区自燃“三带”的划分、监测及分析，自燃“三带”区段，根据该区段采取针对性措施，确保安全生产。

一、采空区自燃“三带”划分按采煤工作面采空区内浮煤自燃危险性的不同，可将采空区划分为散热带、自燃带和窒熄带。

在采煤工作面推进过程中，采空区自燃“三带”范围和宽度随采煤工作面漏风量、氧浓度、浮煤厚度和采空区温度等因素动态变化。

自燃“三带”的定性划分指标主要可分为3类：⑴按照氧浓度划分采空区自燃“三带”；⑵用温升率指标划分采空区自燃“三带”；⑶按照采空区内漏风风速指标划分自燃“三带”。

根据自燃“三带”的划分情况，可以确定综放面对自燃防治有利的最低月推进度和最长停采撤架封闭时间。

一般认为划分漏风散热带和自燃带的指标为：氧浓度18%、日升温速率≥、漏风风速0.015m/s。

划分自燃带和窒熄带的指标为：氧浓度≤8%或10%，日升温速率≤1℃/d，漏风风速0.00033m/s。

自燃带和窒熄带的标准采用10%较多。

二、采空区自燃“三带”监测1.采空区自燃“三带”监测方案进回风巷内沿底板向采空区各埋设一趟8芯束管，束管长度150m，沿进、回风巷向外间隔30m各布置5个采样头。

以上采样头一旦进入采空区即开始取气分析，直至取样分析结果表明采样头已经进入窒息带。

如果因为管路被砸断等原因导致分析数据无意义时必须重新铺设束管。

2.采空区自燃“三带”分布的影响因素分析煤体自燃过程是一个非常复杂的动态过程，这个过程由煤体内在自燃性和外界条件共同决定。

综放面采空区自燃“三带”是个动态的变化范围，随着推进度、漏风量、注氮量等多种因素变化而变化。

因而采空区自燃“三带”的宽度受到多因素的共同影响而动态变化。

其具体的影响因素如下：（1）进度影响采空区自燃“三带”的区域是一个动态的范围，随着工作面的向前推进而动态的变化。

什么是采空区自燃“三带”？作为高产量、高效率的采煤技术，综放开采已在国内普遍使用。

大幅度提高煤炭生产效率及产量是人们所关注的。

但与此同时，这项技术为采空区也带来了巨大的安全隐患。

比如，遗留下大量的浮煤，推广速度过快、在采空区的自然区域范围内的不严格规划，等等，这些情况让采空区的自然发火问题空前严重。

采空区自燃三带按采煤工作面采空区内浮煤自燃危险性的不同，可将采空区划分为散热带、自燃带和窒熄带。

在采煤工作面推进过程中，采空区自燃“三带”范围和宽度随采煤工作面漏风量、氧浓度、浮煤厚度和采空区温度等因素动态变化。

目前采空区自燃三带划分有三个指标：漏风风速、氧气浓度、温升。

划分如下：1）散热带是指采空区漏风风速大于0.24m/min，氧气体积分数大于18%，温升△T<1℃/d 且靠近工作面的区域；2）氧化升温带是指漏风风速在0.10~0.24m/min，氧气体积分数为10%~18%，温升△T≥1℃/d的区域；3）窒息带是指漏风风速小于0.10m/min，氧气体积分数小于10%温升△T<1℃/d的采空区压实区。

采空区防灭火措施采空区自燃三带的划分是防范采空区自燃的重要基础。

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。

常用的防灭火材料有黄泥灌浆、惰性气体、凝胶、阻化剂、三相泡沫、普瑞特等材料，其中普瑞特防灭火材料是徐州吉安矿业科技有限公司联合中国矿业大学研制，融合了黄泥灌浆、惰性气体、凝胶、阻化剂、三相泡沫等各项防灭火材料的优点，又避免了上述各项技术的多数缺点。

普瑞特防灭火材料技术特点：1、集凝胶、黄泥灌浆、两相或三相泡沫、惰性气体和阻化剂的防灭火优点于一体，能把泡沫中的水固结在凝胶体内，避免了黄泥灌浆和其它泡沫大量水流失或者溃浆的缺点；2、在采空区具有良好的扩散性能，生成的普瑞特以泡沫为载体能够对采空区或煤田火区的高、中、低位火源进行大范围、全方位的覆盖，持久保持煤体湿润冷却，隔绝氧气，且添加剂中含有的阻化剂能长久对煤体阻化，彻底防治煤炭自燃；3、普瑞特被注入火区后，会在火区全方位覆盖一层凝胶层，并且凝胶层中95%以上都是水，具有长久的吸热降温作用，能够有效防止火区复燃；4、普瑞特以泡沫为载体，在防灭火区域内能向高处堆积，所到之处普瑞特都能有效覆盖并黏附浮煤裂隙，具有良好的封堵漏风通道的性能；5、泡沫中的氮气缓慢释放，避免单独注氮时氮气容易流失的缺点，持久保持火区惰化。

综放工作面采空区自燃“三带”的观测与划分刘文永;滕福义;王东;刘少泽【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2014(000)004【摘要】通过实际观测采空区浮煤状况、工作面推进速度和采空区进回风侧O2浓度的分布规律,根据“三带”划分方法及划分指标,对白羊岭煤矿15101综放工作面进行了“三带”划分,掌握了采空区煤自燃“三带”分布规律及危险区域。

15101工作面散热带的分布范围在采空区距离工作面10~100 m,进风侧由于漏风强度较大,散热带宽度较宽。

窒息带在距离工作面165 m以上的采空区深部；在工作面回风侧,窒息带的深度约为137 m。

氧化升温带宽度在工作面进风侧最大,达到55 m左右。

%Division of spontaneous combustion “three Zones” in 1510 fully mechanized top-coal caving face in Baiyangling Mine was conducted through the actual observation of the float coal status in the gob, the face advance speed and the distribution law of oxygen concentration on the air intake and return side of the gob and according to the division method and index of spontaneous combustion “three zones”, and the distribution rule of coal spontaneous combu stion “three zone” and the danger zone in the gob were kept abreast. The distribution range of the heat radiating zone in 15101 working face was within 10 to 100 m from the gob, and the heat radiating zone on the air intake side was wider due to stronger air leakage. The choking zone was in the deep part of the gob 165m away from the working face. The depth of the choking zone on airreturn side was about 137 m. The oxidation temperature-rise zone was the widest on the air intake side of the working face, it was about 55 m.【总页数】4页(P66-68,72)【作者】刘文永;滕福义;王东;刘少泽【作者单位】西安科技大学，陕西西安710054;国投昔阳能源有限责任公司，山西昔阳045300;国投昔阳能源有限责任公司，山西昔阳045300;国投昔阳能源有限责任公司，山西昔阳045300【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.2【相关文献】1.特厚易自燃煤层综放工作面自燃“三带”划分及防灭火技术 [J], 周瑜苍;郭璋;李朝辉2.易自燃煤层综放面采空区自燃"三带"的观测与研究 [J], 姚建伟3.东滩煤矿4302综放工作面采空区氧化自燃“三带”的划分与治理 [J], 王春耀4.浅埋深中厚煤层综采工作面采空区自燃\"三带\"划分及自燃防治技术研究 [J], 冯志刚5.浅埋藏特厚自燃煤层综放工作面采空区自燃立体"三带"观测 [J], 柳东明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。