自然风压与风门对采空区自然发火的影响

王宇飞

（大同煤矿集团大同地煤青磁窑煤矿，山西 大同037000）

0 引言

煤的自燃具有一定的规律性，是各种因素相互作用的效果，开采有自燃倾 向性的煤层，不论该煤层是否发生过自燃都必须制定周密的防灭火措施及方案。在开采和采区设计中,必须首先考虑防灭火,开采系统要符合防灭火的要求。采空区煤自燃的主要条件是采空区持续供氧，促使煤的氧化和自燃。为防止煤的自燃，必须减少和防止漏风。

1 自然发火原因分析

煤炭自燃的必要充分条件是：①有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态,堆积厚度一般要 >0.4m；②有较好的蓄热条件;③有适量的通风供氧。通风是维持较高氧浓度的必要条件,是保证氧化反应自动加速的前提；④上述3个条件共存时间大于煤的自然发火期。前3个条件是煤炭自燃的必要条件,最后1个条件是充分条件。

煤炭自燃过程发展的3个阶段即：缓慢氧化一－自热增温加速氧化一－急剧氧化着火自燃。如果处于自热增温阶段产生的热量能够得到释放，则煤会冷却而被风化。

从煤炭自燃的3个因素和3个阶段可知，连续供氧条件是引起自燃的主要方面，它是使煤不断氧化导致温度递增的主要因素。所以，煤炭自燃与矿井通风和漏风有密切的关系。

引起煤炭自燃的漏风，主要指采空区和煤柱问的通道以及裂隙的漏风。漏风量小则达不到加速氧化的作用；漏风量大则氧化热可随风散走也不易增温自燃 。

在煤炭氧化过程的热平衡关系中,漏风起两方面作用：一是向煤提供氧化所必须的氧气,促进氧化发展;二是带走氧化生产的热量,降低煤温,抑制氧化过程发展。前苏联学者B.M.Maeв cк aя(1946年)等研究表明,漏风强度在 0.1～0.24m3/(min·m2)时容易自然发火。不会导致自燃的极限风速低于0.02～0.05m3/(min·m2);封闭采空区密闭墙漏风压差在 300 Pa、漏风强度在 0.02～1.2m3/(min·m2)时属容易自然发火的。由于这些参数都是在一定条件下取得的,因此,有一定局限性,但对我们研究自燃问题是有参考价值的。

2 自然风压对自然发火的影响

2.1 自然风压的影响因素

（1）矿井某一回路中两侧空气柱的温差是主要影响因素。

（2）空气成分和湿度影响空气的密度,从而影响自然风压。

（3）井深。

（4）主要通风机的工作对自然风压的大小和方向也有一定影响

2.2 自然风压对自然发火的影响

自然风压的变化对矿井井下局部地段漏风带来的影响 ,主要表现在随着季节的变换,自然风压的值也随之发生变化。在主要通风机工况不变的前提下,井下局部地段的空气物理参数发生变化,从而导致自然发火的要求达到满足。

（1）引起采面进回风流压差变化,从而引起“三带”分布范围变化,增加采空区自然发火的危险程度。以某矿为例,在一次地表气温变化幅度为 10℃的情况下,矿井的自然风压对井下通风产生了较大影响。矿井总进风量变化不大,回采工作面进风量减少了 30%。由此,可以看出,一年四季气温状况不同 ,矿井的自然风压也随之改变,从而导致采区进回风流的各项物理参数变化,对采空区煤自然发火的动态平衡产生影响。当风机工况、矿井通风设施等条件保持不变的情况下,随着温度的升高,该采面的风量会有所增加。如若该矿所采煤层为易自燃或自燃煤层,则随着风量的增加,采空区内漏风同样增加,从而扩大氧化带范围;在推进度、开采工艺等等条件不变的情况下,采空区自然发火的几率会大大增加。因此,要注重自然风压的监测,了解自然风压各个季节变化幅度,并掌握自然风压变化对采区进回风影响的范围,从而对防治采空区自然发火作出及时的调整，一采区“三带”如图1：

图1

（2）对于老巷,由于巷道形成保存时间长 ,矿井压力大 ,巷道局部地段周边煤壁由于矿压作用产生了破碎 ,发育了一定程度的裂隙 ,并在裂隙间产生了量很小的漏风。在平时的通风日常管理中,不至于发生自然发火。然而,随着季节和气温的变化,矿井自然风压随之发生改变,在矿井风机工况不变和通风条件不变的前提下,导致裂隙间的压差产生变化,裂隙间漏风速率和漏风量也随之改变。当裂隙间漏风速率和漏风量满足自然发火条件时,老巷局部地段的自燃也就产生了。

(3)对于矿井其他用风地点,如配电硐室,材料库等等 ,需要关注季节变化导致自然风压变化带来的影响 ,防止此类地点附近煤自燃的发生。

2.3 小结

（1）对于有高差的通风网路系统,自然热风压对网络风流状态有一定的影响,特别是多风机网络系统在某一风机停止运行时,必须考虑热风压对网络分支风流的影响。

（2）对于矿井各用风地点,需时刻注意自然风压变化带来的影响,如若漏风达到自然发火区间时,得加强管理,避免自然发火的发生。

（3）矿井老巷年久失修的断面,裂隙比较发育,在风量发生变化从而影响裂隙间漏风速率和供氧条件变化,达到自燃条件导致自燃的危险大大增加。

（4）对于深井,自然风压变化对整个矿井通风系统影响并不显著,但局部地段随着季节变化而导致的风压变化也需要做必要的观测分析,从而防止自燃的发生。

3 风门对采空区自然发火的影响

风门是煤矿井下重要的通风构筑物,它不仅在合理调节风量和通风网路、提高矿井有效风量率等方面有着重要作用,而且对防治采空区煤炭自然发火也会产生重要影响。

3.1 理论分析

矿井漏风阻力定律

这表明，采空区的漏风量在同样封闭的条件下，取决于漏风通路的风压，风压越大漏风量越多反之风压越小，漏风量越少而风门则会对风压产生重要的影响，因为安设风门后，等于增加了局部通风阻力，所会改变巷道中的空气压力分布状况。经测定，一般巷道中的风门两侧风压在80Pa～240Pa之间。主要巷道中的风门两侧风压在240～62 0pa之间。

如在巷道AB中有一个采空区，如图所示，风流从A流向B，在来设置调节风量门前，密闭1和2都由内向外漏风，密闭3由外向内漏风，构成两条漏风通路GEC和GFD，但所漏风量，并没有引起采空区自然发火。如因某种原因，需要减少AB巷道的风量，应在AB中设置调节风门来控制风量，这时风门位置选择就成为十分重要的课题。

图2

（1）将调节风门设在I处，如上图1所示密闭l闭外巷道外的空气绝对压力下降了ΔPd，密闭2闭外巷道的绝对压力下降了，使两条漏风通路GEC、GKD的两端的压力分别增大了，从而增加了采空区的漏风量，此时极易引起自然发火。因此，将风门设 在I处是不合理的。

（2）将调节风门设II在处，如上图2所示 密闭l闭外巷道的空气绝对压力增加 了ΔPt，使GEC漏风增路两端的压力差减少 了，但密闭2闭外巷道的空气绝对压力都下降了，从而使GFD漏风通路的漏风量增加，仍有引起采空区自然发火的危险 。因此，设在II处也是不合理的。

（3）将调节风门设在Ⅱ处，如上图3所示。密闭l和密闭2闭外巷遭的空气绝对压力分别增大了，使采空区的两条漏风通路GE C、GF D两端的压力差分别减少了，从而使采空区的漏风量比来设风门前减少了。 因此，将风门设在这里是合理的，它有利于防止采空区自然发火

3.2 小结

通过上述分析可知，如果风门位置选择得合理 ，则会减少采空区漏风通路的风压，从而减少漏风量，有利于防止采空区自然发火所以在有采空区的巷道中设置风门时，必须认真分析，慎重设置，选择正确合理的位置。

4 结论

（1）煤的自燃具有一定的规律性，是各种因素相互 作用的效果，开采有自燃倾 向性的煤层，不论该煤层是 否发生过自燃都必须制定周密的防灭火措施及方案。

（2）煤自燃的主要条件是采空区持续供氧，促使煤的氧化和自燃。为防止煤的自燃 ，必须减少和防止漏 风。可以采用均压方法使密闭墙内外压差趋于零。

（3）在工作面设计及采掘煤工艺的选择上必须统筹考虑防火措施，为回采过程中及回采后工作面收尾后的防灭火工作创造出条件。

（4）严格按照规定留设保护煤柱，不得超层越界开采。