综放工作面采空区“三带”分布规律分析曾海利，李川，赵洪伟（内蒙古伊泰煤炭股份有限公司煤炭生产事业部技术中心，内蒙古鄂尔多斯017000）摘要：通过在阳湾沟煤矿6202综放工作面采空区现场埋管观测，取得了采空区内进、回风侧不同测点距工作面不同距离处温度、O2、CO气体浓度等参数，分析得到了采空区内O2浓度及漏风强度的分布规律。
依据“三带”划分方法对阳湾沟煤矿自燃危险区域进行了划分，确定了6202综放工作面采空区“三带”范围，并根据氧化升温带宽度及浮煤最短自然发火期确定了工作面极限推进速度。
关键词：综放工作面；采空区；三带；自然发火；极限推进速度中图分类号：TD75+2．2文献标志码：B文章编号：1003－496X（2012）05－0137－04Analysis of Distribution Laws of"Three Zones"in Gob of Fully－mechanized Caving FaceZENG Hai－li，LI Chuan，ZHAO Hong－wei（Coal Production Department Technology Centre，Inner Mongolia Yitai Coal Co．，Ltd，Ordos017000，china）Abstract：This paper gets the parameters of temperature，O2and CO at different distances of different measuring points in the intake and return side from working face by site buried tube observation in the gob of Yangwangou coal mine6202fully－mechanized cavingface，and gets the distribution laws of O2concentration and air leakage intensity in the gob．The hazardous area of spontaneous combus-tion in Yangwangou coal mine is divided by"three zone"division method，and the scope of the"three zones"in the gob of6202fully －mechanized caving face is determined．The limited advance speed of working face is determined by the width of the oxidation and heat accumulation zone and the shortest time of floating coal spontaneous combustion．Key words：fully－mechanized caving face；gob；three zones；spontaneous combustion；limited advance speed阳湾沟煤矿6202综放工作面可采总走向长度514m，倾斜长度150m。
平均采厚16m，倾角0ʎ 3ʎ。
采用走向长壁式综采放顶煤采煤法，工作面沿倾斜方向布置。
采放比1ʒ4．33，放煤步距1．2m，放煤方式“两采一放”。
6202综放工作面所处煤层外生和内生裂隙不发育、脆性差、属Ⅰ类容易自燃煤层、低瓦斯煤层、煤层层位稳定。
煤层中含有黄铁矿结核和薄膜充填，增加了煤层的自燃倾向性，自然发火期40 60d。
所以研究综放工作面采空区自然发火规律，考察、分析、研究采空区氧化自燃“三带”的划分，对做好采空区自然发火的防治工作，提高防灭火措施的针对性和有效性具有十分重要的现实意义。
1采空区数据采集及分析根据自燃“三带”划分理论，需对采空区内煤体的温度、气体成分及浓度进行观测，如图1。
1．1采空区O2浓度的分布规律根据埋管观测数据，可以得出采空区内部距工图16202综放工作面埋管观测点布置图作面不同距离各点的O2浓度变化关系如图2。
由图2可知，采空区内随着距工作面距离的加大，O2浓度呈递减趋势。
在距离工作面相同距离的位置，进风侧观测所得的O2浓度一般都大于回风侧埋管观测所得的O2浓度，并且进风侧的O2浓度递减速度要大于回风侧的O2浓度递减速度。
1．2采空区漏风强度分布图2采空区O 2浓度随探测点埋进深度变化曲线图假定漏风流仅一维流动，当松散煤体内漏风强度恒定不变时，根据中心轴任意2点之间的耗氧量公式可以求出漏风强度与O 2浓度关系。
珚Q =V 0（x －x 0）C 0·ln （C 0C）（1）式中：C 、C 0分别为实际O 2浓度和标准O 2浓度（标准O 2浓度为21%）；V 0为标准O 2浓度中不同温度下的耗氧速度（由煤低温自然发火实验确定），珚Q 为松散煤体表面的漏风强度；x 、x 0分别为松散煤体内部和表面的坐标。
根据阳湾沟煤矿煤样自燃性实验测试，取煤样40ħ时的耗氧速度：V 0=70ˑ10－3mol /（cm 3·s ），并利用已测得的采空区O 2浓度分布规律，由式（1）可推算出采空区进、回风侧漏风强度分布，做出采空区漏风强度等值线图，如图3。
图3采空区漏风强度等值线图从图3可看出，漏风强度随着距工作面距离的增加而呈递减趋势，在工作面附近漏风强度很大，最大值达319．75ˑ10－3cm 3/（cm 2·s ）。
在距工作面相同距离的位置，进风侧漏风强度要大于回风侧漏风强度。
回风侧的漏风递减速度大于进风侧的递减速度，随着距工作面距离的增大，漏风强度的递减速度减小。
1．3采空区温度分布规律根据埋管观测数据，得出采空区内部温度变化关系，如图4、图5。
由图4、图5可知，6202工作面各测点温度变化幅度不大，进风顺槽各测点的平均温度略高于回风顺槽。
图4进风巷温度与埋进采空区距离关系曲线图5回风巷温度与埋进采空区距离关系曲线1．4采空区CO 分布规律根据埋管观测数据，可以得出采空区内部距工作面不同距离各点的CO 浓度变化关系如图6、图7。
从图6可以看出，进风侧CO 浓度随着距工作面距离的不同起伏变化较大。
从图7可知，回风侧采空区CO 浓度总体先增后减，各测点CO 起始浓度和采空区上隅角CO 浓度接近。
图6进风巷CO 浓度与埋进采空区距离关系曲线26202综放采空区空间自燃“三带”划分2．1浮煤厚度确定图7回风巷CO浓度与埋进采空区距离关系曲线采空区的浮煤厚度采用下式进行计算：h 浮=H－H采（掘）1－nˑ（1－k）（2）式中：H为煤层厚度，m；H采（掘）为工作面采高或巷道掘进高度，m；n为浮煤空隙率，取0．30；k为割煤或掘进回收率。
6202工作面两端约5m不放顶煤（3个支架），停采前13．2m开始不放顶煤，工作面采高3m，截深0．6m，放顶煤高度13．0m，采放比1ʒ4．33，放煤步距1．2m，工作面中部回采率75%，采空区内部空隙率约为30%，放煤方式为“两采一放”。
2．2hmin 、Cmin和珚Q的确定假设采空区浮煤是一个无限大平板，煤体内温度均匀变化，漏风仅从工作面向采空区后方流动，利用热传导和风流焓变一维函数式得最小浮煤厚度：h min =8（Tm－Ty）·λeq－ρm·cg·珚Q·（Tm－Ty）/槡x（3）式中：T y为岩层温度，ħ；q0为温度T m时的煤的放热强度，J/（cm3·s）；h为采空区浮煤厚度，cm；即当h≤h min时，松散煤体不能引起自然升温。
对于采空区可简化为无限大平板的一维传热，下限O2为：Cmin=C0O2q［8·λe（Tm－Ty）h2+ρg·c g·珚Q·2·（Tm－Ty）x］（4）式中：C0O2为新鲜风流O2浓度，取21%；C为实际O2浓度。
当采空区浮煤厚度大于h min，又有足够的O2浓度，且风流为一维流动，流速是一常数，采空区上限漏风强度为：珚Qmax=x·q－8·λc（Tm－Ty）/h2ρg·c g·（T m－T g）（5）即当漏风强度珚Q＞珚Q max时，煤体就不可能引起自然升温，称珚Q max为极限漏风强度。
根据阳湾沟煤矿6202工作面实际情况，取λe 为0．9ˑ10－3J/（cm·s·ħ），ρg为1．29ˑ10－3g·cm－3，Cg为1．01J·g－1·ħ－1，C0O2取21%；实验测定煤不同温度下的氧化放热强度q0，取值见表1。
表1不同温度下采空区煤的氧化放热强度温度/ħ35405060708090100110130q o/105J·cm－3·s－145132041597182112168现场实测空气和岩石温度T y，T g值及采空区浮煤温度T m，并根据漏风强度和采空区浮煤高度，运用极限参数计算公式，可计算出不同浮煤厚度、不同煤温T m和不同距离x时的三维极值h min（T i，珚Q j，珋x），Cmin（Ti，hj，xk，珚Qk）和珚Qmax（Ti，hj，x）值，根据计算出的三维值取其某一温度的极大值，即：h（珚Q，x）m in=max［hmin（T1，x1，珚Q1），hmin（T2，x2，珚Q2）…hmin（Ti，xi，珚Qi）…］C（h，x，珚Q）min =max［Cmin（T1，x1，h1，珚Q1），Cmin（T2，x2，h2，珚Q2）…Cmin（Ti，xi，hi，珚Qi）…］珚Q（h，x）max =min［珚Qmin（T1，x1，h1），珚Qmax（T2，x2，h2）…珚Qmax（Ti，xi，hi{}）…］（6）h min （珚Qi）=max［hmin（T1，x1，珚Q1），hmin（T2，x2，珚Qi）…hmin（Ti，xi，珚Qi）…］Cmin （hi）=max［Cmin（Ti，x1，h1，珚Q1），Cmin（Ti，x2，h2，珚Q2）…Cmin（Ti，xi，hi，珚Qi）…］珚Qmax （hi）=min［珚Qmax（Ti，x1，h1），珚Qmax（Ti，x2，h2）…珚Qmax（Ti，xi，hi{}）…］（7）根据式（6）和式（7）计算出得数据，可得出采空区不同漏风强度下煤自燃的极限浮煤厚度及不同浮煤厚度下的下限O2浓度和极限漏风强度。