冒落区巷道遗煤自然发火的机理与预防

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1、煤炭科技2012年第3期38COALSCIENCE&TECHNOL0GYMAGAZINENo．320l2文章编号：1008—373l(2012)03—0038—03冒落区巷道遗煤自然发火的机理与预防(1．潞安环能股份公司常村煤矿，山西长治046102；2．中I习矿业大学，江苏徐州221008)摘要：针对掘进巷道中的冒落遗煤自然发火的机理进行了研究，提出减少漏风、隔绝氧化、间接延长发火期、注桨等预防巷道冒落区遗煤自然发火的措施，为冒落区的管理提供了理论依据。关键词：冒落区；自然发火；热风压中图分类号：TD752文献标志码：B煤体自然发火严重威胁着矿井的安全生

2、产。研从表1中可以看出，在破碎区，煤体已经充分破究表明，松散煤体自燃主要取决于煤自身的氧化放碎，遗煤呈自然堆积状态，巷道中的空气可以通过裂热性能、供氧条件及蓄热环境。随着煤炭开采技术的隙渗透到松散煤体中，并在裂隙暴露的煤表面发生发展，高产高效综采和综放开采技术得到普遍推广氧化反应；断裂区煤块粒径较大，孔隙率较小，巷道和应用，而综放开采技术的巷道布置特征之一就是中的空气不易渗入其内。冒落区的划分如图1所示。工作面进、回风巷均沿煤层底板布置，巷道四周除底板外均为煤层⋯。在巷道掘进过程中，由于地质条件的变化，经常会形成冒落区，冒落区属于易自然发火区域。因此，研究

3、煤巷冒落区自然发火的原因和规律，采取相应的预防措施，具有重要意义。1巷道冒落区形成机理普氏冒落拱理论认为：巷道开挖后，其上方会形成一个抛物线形自然平衡拱，平衡拱的上方处于平图1冒落区不I司区域的划分衡状态，下方是潜在的破裂范围。顶煤受压破碎、离2巷道冒落区漏风对自然发火的影响层，导致顶煤冒落，支护后顶棚网上堆积一定量的松散浮煤。在地质构造区，巷道顶煤也易冒落形成松散连续供氧是煤炭自然发火的决定性因素之一，煤体。冒落区形成后内部存在一个空洞，随着巷道开巷道冒顶空洞内对浮煤的供氧方式与其他内因火灾拓延伸，空洞的周边逐渐扩大，上层无支护顶板的面相比具有特殊性。对

4、工作面巷道冒落区的漏风动力积也随之扩大。根据松散煤体的孔裂隙分布状态、煤主要有以下两种方式：一是煤体内部与巷道表面存体松散程度及冒落程度，可将冒落区分为破碎区、离在温差而引起热力风压；二是巷道起伏等原因产生层区和断裂区。各区内煤体的粒径段所占比例及孔的动压差。隙率如表1所列。2。1热风压的产生及危害表1冒落区各个分区粒径段所占比例及其孔隙率％冒落空洞内遗煤氧化后，温度逐渐升高，与冒落下方巷道有一定温差，使其间产生热风压。巷道中低温气流在热风压的作用下，自然流向冒落区的顶部，为连续供氧创造了条件。热风压的计算式为2012年第3期郑祥举：冒落区巷道遗煤自然发火

5、的机理与预防39P一P：pP(一)(1)差，使风流向煤体内渗透，产生的风流动压为式中谋体内距离巷道顶垂直高度为处的Hv=VsinO(6)二空气温度，K；式中H——巷道起伏引起的动压差；一巷道风流温度，K。P——巷道风流密度，g／cm；口为流体的体积膨胀系数，其定义式为——风流平均流速，m／s。=()P(2)由式(6)可知，动压差日的大小与巷道风流风式中空气比热容，cm3／g；速的平方成正比，同风流方向及巷道表面夹角0理想气体的温度，K；的正弦值成正比。越大，0越大，巷道起伏产生的理想气体压力，Pa。动压差越大，则漏风强度越大，该段巷道风速过对于理想气体大，

6、如果巷道再以一定坡度的上坡由煤层底板向煤=R，(劳oi)P=Rr(3)层顶板过渡，就会造成较大的动压差，为漏风提供连式中R——摩尔气体常量，J／(m·K)。续的动力。于是得到气体的体积膨胀系数为2．3孔裂隙分布状态对冒落区自然蓄热的影响卢=罟=(4)对于顶部松散煤体来说，其氧化产热和散热的故热风压可表示为相互关系取决于孔隙率大小和孔裂隙分布状态。松日=Ipg且(5)散煤体热容量由以上理论推导可以看出，热风压的大小同冒PC=npgCg+(1一n)pmC(1一n)PC(7)顶深度及冒落空洞上下两端的温差有关。冒落愈深，松散煤体导热系数温差愈大，热风压愈大，由此

7、产生的漏风量愈大『21。A=nA+(1一凡)Am(8)在冒落深度一定的情况下，热风压的大小直接与冒式中：c。，c，分别为松散煤体、漏风流和煤体的落空洞上下两端的温差有关，温差越大，冒顶区破碎比热容，J／(kg·K)；p，P，P分别为松散煤体、漏风煤体的温度与巷道表面的温度梯度越大，产生的热流和煤体的密度，kg／m；A，A，A分别为松散煤体、风压越大，漏风强度也越大。同时，冒落区存在时间漏风流和煤体导热系数，为松散煤体孔隙率。愈长，聚热愈多，则热风压也愈突出。由于空气的热容量PCs远小于煤体，孔隙率越随着冒落区深度的增加，热风压增大，冒落区与大，整个松散煤体

8、的热容量PCc就越小，则在同样巷道温差也随之增大，导致冒落区内漏风