刘常玉

(西山煤电集团公司 职工教育培训中心， 山西 太原 030053)

作为早期广泛采用的自然发火防治措施，黄泥灌浆[1]是利用一定浓度的黄泥将采空区遗煤包裹起来，与氧气隔绝，避免煤氧接触反应，达到预防采空区遗煤自燃的目的。该措施持续防火时间较长，但制浆需要大量的黄泥且地面灌浆站的建设费用也很高，最重要的是该措施不适用于开采近水平煤层，因为浆体的流动性差，不能大面积覆盖采空区遗煤。采空区注氮成为现阶段被广泛使用的防灭火措施。氮气是惰性气体，不可燃也不助燃，密度比空气略小，开区注氮时需要持续地注入一定高浓度的氮气才能预防采空区自燃。与灌浆措施相比，采空区注氮能减小漏入采空区的风量、降低氧化带内的氧浓度，从而惰化采空区、抑制遗煤氧化放热反应。本文用数值模拟的方法定量地研究注氮对采空区自然发火的影响[2-4]，通过分析不同注氮深度下的注氮效果来确定合理的注氮点深度。

1 采空区自然发火模型及求解

采空区自然发火是采空区内的气体渗流、氧气浓度、冒落煤岩中的气体以及固体温度等多场相互耦合[5]作用的结果。气体的流动影响氧气及气体温度的迁移与扩散，氧气浓度影响遗煤氧化反应的放热量从而对气体温度和冒落煤岩固体温度产生作用，气体与固体表面进行对流换热而互相影响，气体温度导致空气密度变化又返回来影响流场。因此，须将这4个场的数学方程联合起来，建立多场耦合的采空区自然发火模型。……