[发明专利]一种急倾斜煤层开采采空区煤炭自燃防控方法

权利要求书

1.一种急倾斜煤层开采采空区煤炭自燃防控方法，其特征在于：该防控方法主要由四部分组成：早期预测、自燃的预防、自燃的预报、火灾应急处理；

所述早期预测包括确定煤层自燃危险程度、确定自燃火源时空分布，所述确定煤层自燃危险程度包括煤层自燃倾向性鉴定、煤样人工氧化实验，所述确定自燃火源时空分布包括自燃充要条件存在区、自燃发火期统计分析；

所述自燃的预防包括降低煤的自燃倾向性、减少可燃物、降低火区氧浓度、使自燃条件存在时间小于自燃发火期，所述降低煤的自燃倾向性为灌注阻化剂，所述减少可燃物的目的是提高回采率，所述降低火区氧浓度包括均压技术、注入氮气、堵漏技术，所述使自燃条件存在时间小于自燃发火期的目的是加快工作面推进速度；

所述自燃的预报包括确定预报方法、建立检测和分析系统、建立检测制度，所述确定预报方法为测温法、指标气体分析法，所述建立检测和分析系统为检测方法、手段和结果分析，所述检测制度制定检测时间、地点与要求等制度；

所述火灾应急处理包括建立火区应急处置预案、降低火区温度、控制火区范围、降低氧浓度，所述建立火区应急处置预案是编制火区应急处置预案，所述降低火区温度采用注水技术，所述控制火区范围为及时封闭火区技术，所述降低氧浓度采用注氮技术、减少漏风。

2.根据权利要求1所述的一种急倾斜煤层开采采空区煤炭自燃防控方法，其特征在于：所述的加快工作面推进速度的依据为：

划分采空区为散热带、氧化升温带、窒息带，上述散热带、氧化升温带、窒息带的划分条件：

散热带：

式中：—实际漏风量，m³/s；

—煤炭自燃最大漏风量，m³/s；

h—采空区遗煤厚度，m；

h_min—煤炭自燃采空区遗煤最小厚度，m；

窒息带：C＜C_min；

式中：C—采空区氧气浓度，m³/m³；

C_min—采空区煤炭自燃最低氧气浓度，m³/m³；

氧化升温带：

散热带、氧化升温带、窒息带的划分指标有采空区漏风风速(V)、采空区氧浓度(C)分布、采空区遗煤温升速度(dt＞l℃/d为氧化带)，所述采空区漏风风速(V)：V＞0.9m/min为散热带；0.9m/min≥V≥0.02m/min为自燃带；V＜0.02m/min为自窒息带；所述采空区氧浓度(C)分布：氧浓度C＜8％为窒息带，C＞8％为氧化带；

根据工作面尺寸和现场情况，建立合理的模型，定义合理的边界条件，输入现场参数，模拟结果较好的反映采空区内部气体浓度和温度分布，为采空区的散热带、氧化升温带、窒息带划分提供依据并确定自燃带范围；

采煤工作面自然发火防治要求在最短自然发火期内，工作面推进速度保证能将采空区内遗煤甩到散热带、氧化升温带、窒息带的窒熄带以内，即保证采空区遗煤接触氧气开始到被甩入窒熄带的时间小于最短自然发火期，简要的数学描述公式如下：

t_正常回采+t_停采检修≤t；

式中：L—自燃带到工作面的最大距离，m；

t—煤层最短自然发火期，d；

—工作面不含停产检修时间的日平均推进速度，m/d；

t_正常回采、t_停采检修—分别表示累计的正常回采和停采检修的总天数，d。

3.根据权利要求1所述的一种急倾斜煤层开采采空区煤炭自燃防控方法，其特征在于：所述均压技术、所述堵漏技术的依据为：

h＝R·Q²(Pa)；h＝RQⁿ(Pa)

式中：

h——通风通道两端的压差，N/m；

R——漏风通道风阻,N·s²/m⁸；

Q——风量，m³/s；

n——指数，为1～2。

由上式可知：h和R(N·s²/m⁸)的一次方成正比，和Q(m³/s)的1-2方成正比；降低工作面采空区的漏风量通常有两种方法，一是采取降低漏风通道两端的压差，即均压技术，二是增加漏风通道的风阻，即堵漏技术；

其中的R为层流风阻R₁或紊流风阻R₂

研究提出R₁、R₂计算公式：

式中：

k—在采空区内沿倾斜方向上的风阻变化梯度，

k＝H₁/H₂+(1-H₁/H₂)·sin(π·y/l_y)；

H₁—采空区中部顶板的下沉量，m；

H₂—采空区上、下边界处顶板下沉量的平均值，m；

l_y—工作面的长度，m；

y—距工作面进风巷距离，m；

a、b—经验系数，取决于顶板冒落岩石性质,可查表；

x—采空区内距工作面距离，m；

l—采空区内滤流分支的长度，m；

s—采空区内滤流分支的横截面积，m²。