【正文】 作面的散熱帶到采空區(qū)窒息帶的最大距離和浮煤最短自然發(fā)火期Tmix之間時，就可能發(fā)生自燃，即： 其中 式中：Ｖmax為工作面極限推進(jìn)速度（m／d）；Ｌmax為工作面氧化升溫帶最大寬度（m）。Ｋ為實驗氧濃度與實際氧濃度相似比例系數(shù)，采空區(qū)當(dāng)量氧濃度值，新鮮風(fēng)流氧濃度，％。2304綜采面散熱帶到采空區(qū)窒息帶的最大距離，即氧化升溫帶最大寬度Ｌmax=249m。根據(jù)氧濃度曲線可知采空區(qū)當(dāng)量氧濃度值=，則實驗氧濃度與實際氧濃度相似比例系數(shù)=，采空區(qū)浮煤最短自然發(fā)火期Tmix=97天，可知2304綜采面采空區(qū)可能發(fā)生自燃的極限推進(jìn)度為： 因此，采空區(qū)無自然發(fā)火危險；，采空區(qū)將有自然發(fā)火危險。由目前王臺礦工作面推進(jìn)速度可知，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可能發(fā)生自燃的極限推進(jìn)度。因此，目前以此推進(jìn)速度，采空區(qū)不會出現(xiàn)自然發(fā)火的危險。，運用煤層最短自然發(fā)火期（Tmix =97d），計算出最大安全氧化寬度Lmax為：，都不會引起浮煤自燃。因此，根據(jù)采空區(qū)氧化升溫區(qū)范圍和最大安全氧化帶范圍。通過對15號煤2304工作面采空區(qū)自燃“三帶”的觀測研究，可以看出，在正常情況下，有利于防火的工作面月推進(jìn)度應(yīng)大于采空區(qū)遺煤窒息帶的起始邊界線，推進(jìn)速度應(yīng)大于42m／月。而王臺礦工作面最低推進(jìn)速度一般不低于270m／月，平均達(dá)到285m／月，已達(dá)到主動防火所必需的距離，保證了安全生產(chǎn)，目前王臺礦15號煤層已安全回采了2個綜采工作面，在回采過程中未發(fā)現(xiàn)任何異常。根據(jù)對2304工作面采空區(qū)進(jìn)行了“三帶”劃分及數(shù)值模擬，得出：（1）2304工作面采空區(qū)三帶分別為: 散熱帶：0~78m；氧化帶：78m~327m；窒息帶為327m以里。（2），采空區(qū)無自然發(fā)火危險；，采空區(qū)將有自然發(fā)火危險。（3）對自燃危險區(qū)域進(jìn)行了判定，定性確定正常開采時易自然發(fā)火的區(qū)域進(jìn)、回風(fēng)側(cè)。并在目前工作面的推進(jìn)速度下。（4）在目前的開采條件和推進(jìn)速度條件下，進(jìn)行數(shù)值模擬得出CO濃度的最大值為66ppm，表明煤自燃氧化的速度比較慢。5 15號煤層自燃危險性的評價方法煤自然發(fā)火危險性評價技術(shù)是在煤層尚未出現(xiàn)自然發(fā)火征兆之前，根據(jù)煤層的賦存條件、開拓開采條件以及煤本身的氧化放熱升溫特性等因素，采取不同的方法對煤層自然發(fā)火的危險程度等重要火災(zāi)參數(shù)指標(biāo)做出超前判識的一種技術(shù)。為了有效預(yù)測煤層自燃，控制、預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生，對煤層自燃危險性進(jìn)行評價是煤礦防滅火過程的重要組成部分，本章通過對引起煤層自然發(fā)火的自然因素和技術(shù)因素進(jìn)行分析，結(jié)合前面研究的15號煤的特性，以及煤吸氧量、熱重及微觀結(jié)構(gòu)實驗分析結(jié)果，并結(jié)合自然發(fā)火指標(biāo)氣體的實驗研究結(jié)果。運用層次分分析的方法來建立自然發(fā)火預(yù)測評價模型，把影響煤層自然發(fā)火的各種因素和自然發(fā)火的各種評價指標(biāo)放在一起綜合考慮，研究其內(nèi)在的聯(lián)系，然后對煤層自燃進(jìn)行分析、評價、預(yù)測，從而對自然發(fā)火的可能性和危險程度作出評價。 評價指標(biāo)確定的原則評價指標(biāo)的確定是礦井煤層自然發(fā)火評價的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，直接影響到評價結(jié)果。評價指標(biāo)體系應(yīng)以能夠反映礦井煤層自然發(fā)火的狀況和質(zhì)量特征為目標(biāo)，確定的評價指標(biāo)太多，會增加指標(biāo)體系的復(fù)雜程度和評價的難度，甚至?xí)谏w關(guān)鍵因素；指標(biāo)太少，評價簡單易行，但又難以全面反映煤層自然發(fā)火危險程度。因此，確定科學(xué)、全面的評價指標(biāo)具有重要意義，是科學(xué)評價礦井通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵，評價指標(biāo)的確定必須遵循以下原則：⑴所確定的不同指標(biāo)應(yīng)能從不同角度全面、充分地體現(xiàn)礦井煤層自燃危險性的狀況；⑵所確定的每一個指標(biāo)都能準(zhǔn)確地反映出礦井通風(fēng)系統(tǒng)的某個方面；⑶所確定的每一個指標(biāo)都應(yīng)該有獨立的物理意義；⑷所確定的每一個指標(biāo)在量化上都要盡量消除人為因素的影響；⑸應(yīng)該盡量避免指標(biāo)的重復(fù)性；⑹所確定的每一個指標(biāo)都應(yīng)符合科學(xué)、可測、可比、簡明等要求。 2304綜采工作面評價指標(biāo)體系的確定煤炭的自燃能否發(fā)生除了取決于煤炭本身內(nèi)在的物理、化學(xué)、力學(xué)等性質(zhì)外，還與地質(zhì)條件、開拓條件、通風(fēng)條件等因素密切相關(guān)。煤層自燃是由這些眾多因素共同影響、相互作用的結(jié)果。根據(jù)15號煤層特征，采空區(qū)、煤柱、冒頂區(qū)是本煤層易發(fā)火地點，尤其是采空區(qū)，因為采空區(qū)一旦自燃，工作面被迫封閉，會造成上千萬設(shè)備被封閉在采空區(qū)內(nèi)，不僅影響生產(chǎn)，而且也會造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。所以，本次評價的重點是采空區(qū)煤自然發(fā)火影響因素，影響采空區(qū)煤自然發(fā)火因素的結(jié)構(gòu)模型如表51所示。表51 影響采空區(qū)自燃因素結(jié)構(gòu)模型采空區(qū)煤自燃類型主要原因成份內(nèi)在因素煤的自燃性煤巖成分煤的硫含量煤的空隙率煤的瓦斯含量煤化學(xué)成分和變質(zhì)程度煤破碎度和脆度煤中水分含量地質(zhì)構(gòu)造斷層節(jié)理或裂隙煤層的埋藏深度和傾角頂?shù)装鍘r性煤層厚度外在因素開采條件煤的粒度漏風(fēng)強(qiáng)度工作面推進(jìn)的速度采空區(qū)巷道布置方式采煤方法頂板管理通風(fēng)方式預(yù)防措施根據(jù)王臺礦的實際情況，由表51模型中因素對煤自燃的影響程度不同，可以將這次評價因素歸納為內(nèi)在影響因素和外在影響因素。內(nèi)在影響因素主要由煤自燃傾向性M、煤的瓦斯含量f、煤的硫含量L以及地質(zhì)構(gòu)造h組成；外在影響因素主要由煤層的回采工作面推進(jìn)速度C、通風(fēng)方式g、頂板管理b、預(yù)防措施T、采煤方法d和煤層厚度與深度s組成。 2304綜采工作面評價指標(biāo)權(quán)值層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）是對一些較為復(fù)雜、較為模糊的問題作出決策的簡易方法，它特別適用于那些難于完全定量分析的問題。人們在進(jìn)行社會的、經(jīng)濟(jì)的以及科學(xué)管理領(lǐng)域問題的系統(tǒng)分析中，面臨的常常是一個由相互關(guān)聯(lián)、相互制約的眾多因素構(gòu)成的復(fù)雜而往往缺少定量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。層次分析法為這類問題的決策和排序提供了一種新的、簡潔而實用的建模方法。運用層次分析法建模，可按下面四個步驟進(jìn)行：①建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型；②構(gòu)造出各層次中的所有判斷矩陣；③層次單排序及一致性檢驗；④層次總排序及一致性檢驗。構(gòu)造判斷矩陣是將結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換為數(shù)量模型，它是將同一層次中兩兩因素間相對重要性給出一定標(biāo)度的判斷。判斷矩陣有多種標(biāo)度方法。文中所用的是較為科學(xué)的1～9標(biāo)度方法，其含義見表52。表52 判斷矩陣標(biāo)度及含義標(biāo)度值135798重要性同等略重要明顯重要強(qiáng)烈重要極端重要介于兩者之間其倒數(shù)標(biāo)度是表示若因素i與因素j的重要性之比為aij，那么因素j與因素i重要性之比為aji =1/ aij。對于王臺礦，經(jīng)系統(tǒng)的分析并計算，得出其采空區(qū)煤自燃各影響因素的判斷矩陣如表53所示。表53 采空區(qū)煤自燃影響因素判斷矩陣BCMdsbhLTfgC11/326351/3373M3137472573d1/21/317351/2551/4s1/61/71/711/211/61/431/6b1/31/41/32131/4251/3h1/51/71/511/311/51/541/5L31/226451473T1/31/51/541/251/4151/3f1/71/71/51/31/51/41/71/511/7g1/31/346351/3371特征值和特征向量W可采用層次分析法中方根法來計算，其步驟如下：1)計算判斷矩陣B每一行元素的乘積　　　i=1,2,3,…,n （51）2)計算M的 次方根 （52）3)對向量 作歸一化處理，求解特征向量 （53）4)計算判斷矩陣的最大特征根。由上面的步驟，可計算出判斷矩陣B的特征值=，其特征向量為：W={ }。為了檢驗上述特征向量W的可信程度，需要對判斷矩陣B進(jìn)行一致性檢驗，求出相對一致性檢驗指標(biāo)。 （54）式中：為一致性檢驗指標(biāo)；為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。當(dāng)時，就認(rèn)為判斷矩陣完全符合一致性條件，屬于可以接受得程度。對于單層次判斷矩陣而言，其隨矩陣的階數(shù)n而變動，n取值如表54。表54　判斷矩陣的指標(biāo)值矩陣階數(shù)n1234567891011值00由矩陣最大特征根=因為矩陣B的階數(shù)為 n=10 ，由表54知=所以相對一致性檢驗指標(biāo)為： 根據(jù)判斷原則，上述判斷矩陣B完全符合一致性檢驗條件。 通過對采空區(qū)煤自燃影響因素進(jìn)行層次分析計算，求得判斷矩陣B符合一致性檢驗條件。因此，由上述分析所求得判斷矩陣B的特征向量W={ }是符合檢驗條件的，可作為采空區(qū)煤自燃影響因素的權(quán)重向量，從而可看出影響采空區(qū)煤自燃危險性程度的差異，為了更加明確地表征各因素影響程度之間關(guān)系，對所求得的權(quán)重向量進(jìn)行排序如表55。表55 采空區(qū)煤自燃影響因素權(quán)重向量總排序因素MLCgdbThsf權(quán)重系數(shù)由表55得出影響因素的層次總排序由大到小依次為：煤自燃傾向性M、煤的硫含量L、回采工作面推進(jìn)速度C、通風(fēng)方式g、采煤方法d、頂板管理b、預(yù)防措施T、地質(zhì)構(gòu)造h、煤層厚度與深度s、煤的瓦斯含量f。根據(jù)層次分析各影響因素的權(quán)重并進(jìn)行了權(quán)重向量總排序，所得結(jié)果表明煤自燃傾向性的優(yōu)先權(quán)數(shù)最大，說明該因素對影響采空區(qū)煤自燃的危險程度最高，是影響采空區(qū)煤自燃的主要因素。其次是煤的含硫量，在該礦區(qū)，煤中硫成分含量較高，其是導(dǎo)致該礦區(qū)煤自燃的主要因素之一?；夭晒ぷ髅嫱七M(jìn)速度,工作面推進(jìn)速度快慢與否，影響到遺煤在氧化帶內(nèi)氧化時間，推進(jìn)速度快，氧化帶內(nèi)的遺煤很快就進(jìn)入窒息帶，減少了煤與氧接觸時間，延長采空區(qū)煤的自然發(fā)火期，從本質(zhì)上降低煤自然發(fā)火的概率；通風(fēng)方式，其合理性，可以減少向采空區(qū)內(nèi)的漏風(fēng)量，也是從破壞煤自燃四個必要條件中角度考慮；再者是采煤方法，而王臺礦工作面采用走向長壁、一次采全高、全部垮落、后退式綜合機(jī)械化采煤法，開采條件相對簡單，因此采空區(qū)的遺煤和丟煤較少，大大的減少煤與空氣的接觸面積，緩和煤與氧的氧化速度，避免采空區(qū)因遺煤和丟煤過多而導(dǎo)致自燃。 15號煤層自然發(fā)火危險性綜合評價根據(jù)自燃傾向性實驗和層次評價結(jié)果，通過引起煤層自燃的內(nèi)因和外因綜合評價王臺礦15號煤層的自然發(fā)火危險程度。實驗室對煤層自然發(fā)火內(nèi)因的考察表明：雖然煤的自然發(fā)火傾向鑒定將煤的自然發(fā)火傾向定為二類自然發(fā)火煤層，但煤層未有其它自燃的內(nèi)因如①煤種揮發(fā)分高，含氧量高，化學(xué)活性高，燃點低；②煤層軟、易碎，易碎煤越多，其氧化性越強(qiáng)。煤層自然發(fā)火的外因?qū)哟畏治龊涂疾毂砻?，王臺礦開采地質(zhì)條件簡單，采煤方法先進(jìn)；通風(fēng)方式科學(xué)，風(fēng)量分配合理；工作面推進(jìn)速度快（）；兩巷采空區(qū)采用鉆孔放炮強(qiáng)制頂板冒落，且嚴(yán)實，不易形成漏風(fēng)。針對15號煤層自然發(fā)火安全性評價的實質(zhì)，從安全角度出發(fā)，對15號煤層進(jìn)行了全面系統(tǒng)分析。根據(jù)前一節(jié)所采用層次分析法確定影響煤層自然發(fā)火安全性評價的11個指標(biāo)，其評價各指標(biāo)的權(quán)值如表55。煤層自然發(fā)火評價指標(biāo)及權(quán)值確定后，結(jié)合現(xiàn)場對各指標(biāo)進(jìn)行量化，采用式（55）則可以計算出煤層自然發(fā)火的安全度： (55)式中： S——煤自然發(fā)火的安全度；——煤自然發(fā)火評價指標(biāo)權(quán)值；——煤自然發(fā)火評價指標(biāo)的量化函數(shù)值。根據(jù)安全度值的不同，可將礦井煤層自然發(fā)火的安全性分為A、B、C、D等4個等級，如表56。表56 安全性等級安全度S=10080S10060S80S60安全性等級ABCD安全狀態(tài)安全較安全臨界危險結(jié)合王臺礦井下情況，15號煤層自然發(fā)火評價指標(biāo)的量化函數(shù)值見表57。表57 煤層自然發(fā)火評價指標(biāo)及量化函數(shù)值指標(biāo)煤自燃傾向性煤的硫含量回采工作面推進(jìn)速度采煤方法頂板管理預(yù)防措施地質(zhì)構(gòu)造煤層厚度與深度煤的瓦斯含量值11 111由以上計算分析可知，目前王臺礦15號煤層自然發(fā)火的安全度為：=++++++++=因為80S=100，由安全等級知，王臺礦15號煤層自然發(fā)火危險程度的等級為B級，目前15號煤層自然發(fā)火的危險性為比較安全。綜合王臺礦15號煤層自然發(fā)火的內(nèi)因和外因，以及單指標(biāo)評價和綜合指標(biāo)評價結(jié)果，得出王臺礦15號煤層自燃性應(yīng)定為二類自然發(fā)火煤層。6 自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報技術(shù)研究 煤層自然發(fā)火規(guī)律 通過以上實驗室對煤層自然發(fā)火的研究，結(jié)合對試驗工作面發(fā)火的考察，找出了煤層自然發(fā)火期，并對2304綜采面三帶的觀測和自然發(fā)火危險因素進(jìn)行評價，提出以下地點為15號煤層易自然發(fā)火地點及相關(guān)的自然發(fā)火規(guī)律。1）煤柱由于煤層礦壓大，使煤柱受壓裂而破碎，形成大量的碎煤，同時在開采過程中，巷道壓力大，易使底