摘要：针对采空区遗煤自燃问题，深入探究综放工作面采空区漏风与气体浓度分布规律。研究发现，采空区裂隙带裂缝是漏风主要通道，且回风侧风速高于进风侧实施了地表漏风裂缝封堵和工作面增压通风两项技术措施。通过增加地表裂缝封堵密实度，有效缩减了氧化升温带范围；而工作面增压通风则通过调节通风系统，减少采空区漏风，降低了氧气浓度，显著抑制了煤炭自燃。

　　关键词：采空区；上隅角；遗煤自燃；漏风量

　　0引言

　　随着煤炭资源的不断开采，采空区遗煤自燃问题日益成为煤矿安全生产的重要挑战。采空区作为矿井生产过程中的关键区域，其内部环境复杂多变，遗煤在特定条件下容易发生自燃，不仅严重威胁矿井作业人员的生命安全，还会造成煤炭资源的极大浪费[1]。因此，深入研究采空区遗煤自燃的预测与防治技术，对于提高煤矿安全生产水平具有重要意义[2]。

　　采空区遗煤自燃的因素影响多种多样，包括遗煤环境、通风方式、瓦斯涌出量等[3]。目前，煤氧结合学说是公认的引发煤自燃的主要理论，而漏风状况则是影响煤自燃的关键因素[4]。因此，控制预防采空区煤自燃，必须分析采空区的氧气来源，并据此制定有效的防治技术方案[5]。

　　1综放工作面采空区漏风与气体浓度分布规律

　　所研究工作面北侧为主运大巷，该采煤区域左右边界均未进行开采作业。上方分布有两层煤，工作面沿走向推进距离为2 103 m，倾向宽度151 m。从起始切眼向前推进260 m区段内，顶板区域无采矿活动，煤层赋存状态均匀，平均厚度13.2 m，埋藏深度117.8 m。覆盖层结构包含24.1 m厚的松散沉积层及82.3 m厚的坚硬基岩层。

　　1.1采空区裂隙带采动裂缝漏风特征

　　漏风通道及漏风量通常采用气体示踪检测技术，采用SF6（六氟化硫）气体作为示踪剂，能随地表空气一起流动进入采空区及工作面，并记录释放时间。在井下回风隅角或其他关键位置，使用便携式SF6气体检测仪实时检测巷道中的气体是否含有SF6。根据检测到的SF6气体浓度和时间数据，分析地表裂隙的漏风情况，包括漏风路径、漏风速度和漏风量等。

　　图1为a、b、c、d四条裂缝不同位置测点漏风速度分布图，c、d裂缝距离工作面的距离较近，回风侧风速明显高于进风侧，最低漏风风速大于0.4 m/s，漏风强度相比其他两条裂缝较高，四条裂缝进风侧漏风速度都低于回风侧。相比之下，a、b由于远离工作面，其两侧风速差异不显著，且整体漏风速度较低，最高漏风风速仅为4.2 m/s，漏风现象不明显。

　　对工作面测点进行进一步分析，地表采动裂缝的漏风风速与其滞后工作面距离呈负相关，工作面推进过程中，滞后距离越远，覆岩破断运动越稳定，裂缝导气性减弱。滞后20~80 m范围内，裂缝漏风速度较高，构成主要的漏风区域。

　　1.2采空区CO气体浓度对上隅角CO气体浓度的影响

　　为研究采空区CO浓度与上隅角CO浓度的相关性，在不同推进距离下同步监测了采空区及上隅角的CO气体浓度（全文中“CO浓度”均为“CO体积分数”）变化数据。

　　表1为采空区和回风上隅角CO气体浓度统计，可以看出，随着工作面的推进，上隅角CO浓度在0.000 8%~0.002 0%范围内波动，总体波动较小，采空区CO浓度在0.002 5%~0.010 0%范围内波动，总体波动范围较大，工作面上隅角的CO浓度与工作面和采空区的CO浓度均呈正相关关系，随着采空区CO浓度的增加，上隅角CO浓度显著上升，这表明采空区内遗煤氧化生成的CO是工作面CO的重要来源之一，随工作面推进，工作面漏风量总体逐渐增大，但并未呈现线性规律。

　　1.3其他影响因素分析

　　1.3.1工作面割煤前后对工作面CO气体浓度的影响

　　工作面支架回风断面中部与底板处的CO气体浓度存在差异，割煤前后底板处的CO浓度均高于通风断面中部。证明工作面底板区域CO积聚的特点，需针对性采取防控措施以降低CO浓度风险。

　　1.3.2工作面煤壁及底板内CO气体浓度分析

　　工作面煤壁及底板内赋存有CO与CH4气体，且浓度因位置而异。随着工作面推进，这些气体释放至工作面，对生产安全构成威胁。

　　1.3.3漏风强度对工作面上隅角CO气体浓度的影响

　　工作面漏风量的增加直接导致其上隅角CO浓度上升，表明漏风强度与CO浓度间存在正相关关系。因此，在生产现场，必须采取有效措施控制工作面漏风，以防采空区CO浓度过高。

　　2遗煤自燃防治技术研究

　　2.1防漏风封堵应用效果研究

　　根据分析得到，当黏滞阻力系数为1×106~1×107（Pa·s/m2）之间时，氧化生温带和散温带的范围快速减小，黏滞阻力系数为1×107~1×108（Pa·s/m2）之间时，氧化生温带和散温带的范围变化不大，根据以上分析选定黏滞阻力系数为1×107（Pa·s/m2），效果最佳。基于此阻力系数，模拟不同封堵距离下自燃“三带”分布，为优化封堵策略、保障安全生产提供理论支撑。

　　图2不同封堵距离下工作面漏风量及氧化升温带变化情况，可以看出，煤层采空区内氧化升温带范围呈现先减后增趋势，最低值为17.3 m，最大值为30.5 m。工作面漏风量在覆岩断裂裂缝封堵前后变化不显著，总体保持在3 m3/s以上，可能原因为注浆压力不足、注浆速度过快或者过慢、注浆量不足，这些都会影响封堵效果。因此，可以在滞后工作面40~60 m范围内实施裂缝封堵。基于上述研究，经初步研究，确定采用黏滞系数为1×107（Pa·s/m2）的充填材料对采空区覆岩裂隙进行封堵，施工位置应滞后工作面推进线约40 m。

　　2.2工作面通风应用效果研究

　　工作面增压通风防灭火原理主要是通过调节通风系统，增加工作面风压，以控制风流方向和速度，达到防灭火的目的。通过在风窗的上风侧安装风机，对风路进行增压调节，使两调压装置中间的风路上的风流的压能增加，从而减少或杜绝采空区漏风，降低氧气浓度，抑制煤炭自燃。

　　优化后CO浓度变化如图3所示，可以看出，采用增压通风后，工作面漏风量从最高4.50 m3/s降低至1.00 m3/s以下，并对上隅角处CO浓度优明显抑制作用，从0.008 0%降低至最低0.000 7%，平均CO浓度约为0.001 2%，平均降低约53.6%。据此可知，实施增压通风技术后，由于漏风量得到有效控制而显著减少，工作面采空区各区域的气体浓度均呈现明显下降。因此，对工作面采取增压通风措施是切实可行的，具有实际应用价值。

　　3结论

　　1）综放工作面采空区漏风现象复杂，裂隙带裂缝成为主要漏风通道，且漏风速度受工作面距离影响显著，回风侧风速普遍高于进风侧。同时，采空区内CO气体浓度随工作面推进和漏风量变化而波动，上隅角CO浓度与采空区CO浓度呈正相关关系。

　　2）针对采空区漏风与气体浓度分布规律，实施了地表漏风裂缝封堵和工作面增压通风两项改进措施。封堵裂缝有效减少了氧化升温带范围，而增压通风则降低工作面漏风量和上隅角CO浓度约53.6%，为煤矿安全生产提供了有力保障。

　参考文献

　　[1]孟振华.薛虎沟矿2-111综采面采空区漏风规律分析及治理措施[J].西部探矿工程，2024，36（10）：138-140.

　　[2]雷青明.综合防灭火技术在近距离煤层群综采面的应用[J].江西煤炭科技，2024（3）：254-257.

　　[3]侯宪港，辛世龙，韦宇翔，等.注氮条件下大采高综放工作面采空区自燃“三带”的分布规律[J].黑龙江科技大学学报，2024，34（4）：510-516.

　　[4]高睿.自燃煤层综放工作面采空区遗煤自燃危险区域辨识方法[J].煤炭科技，2024，45（3）：145-149.

　　[5]李存洲.基于“三带”分析的采空区遗煤自燃气体分布规律及自燃危险研究[J].中国矿业，2024，33（Supple1）：364-370.