摘要
在高瓦斯矿井采空区，存在煤自燃和瓦斯燃烧两种火灾形式。在瓦斯燃烧范围不大，未产生明显热动力现象时，其所表征出的宏观现象与煤自燃类似，易将着火原因误判为煤自燃，导致不能对采空区着火进行有效防治。同时，煤矿现场通常采取封闭措施对火区进行处理，高瓦斯矿井火区在封闭后具有发生瓦斯爆炸的危险，可造成重大人员伤亡和财产损失。基于此，本文展开了对高瓦斯矿井采空区着火原因及封闭后爆炸危险的研究，取得的主要成果和结论如下： 阐释了采空区瓦斯燃烧的规律，提出了判定采空区发生瓦斯燃烧的四个依据。采空区瓦斯燃烧类型包括扩散燃烧和预混燃烧两种，扩散燃烧易发生在采空区与工作面交界区域，尤其上隅角，预混燃烧易发生在瓦斯和氧气充足的采空区中部；统计分析了大量瓦斯燃烧、爆炸事故,得出岩石摩擦和煤自燃是引发采空区瓦斯燃烧的主要潜在点火源。瓦斯燃烧判定依据：一是采空区着火前无任何煤自燃迹象，CO、C2H4、C2H2等气体的产生具有突发性；二是采空区温度和压力显著变化；三是采空区顶板岩石垮落具备点燃瓦斯的能力；四是采空区具备瓦斯燃烧的发生环境，即可形成爆炸性的瓦斯-空气混合气体。 研究了采空区岩石摩擦引燃瓦斯特性。将采空区顶板垮落岩石间的摩擦类型分为滑动摩擦和撞击摩擦两种。岩石间的滑动摩擦能够引燃瓦斯，其点火能力与岩石的岩性、摩擦速度和接触压力有关。岩石的石英含量越高，摩擦点火能力越强；岩性相同时，摩擦速度越大，接触压力越大，点火能力越强，且随着摩擦速度和接触压力的增大，点火能力呈现先迅速增强后缓慢增强的变化趋势。在岩性和接触压力相同时，岩石滑动摩擦存在引燃瓦斯的最小摩擦速度和最小摩擦距离。岩石间的撞击摩擦不具备引燃瓦斯的能力，其升温值与撞击高度、岩石重量和撞击角度有关。撞击高度越大、岩石重量越大，撞击摩擦的升温值越大；升温值随撞击角度的增大呈现先增大后减小的变化趋势。 建立了封闭火区瓦斯和氧气浓度变化规律的预测模型。模型分析表明：当k较大时，火区封闭后短时间内瓦斯浓度可迅速升高至爆炸极限范围，氧气浓度快速下降，但难以下降至失爆氧浓度以下，即瓦斯涌出量高且体积小的火区在封闭后短时间内具有较高的瓦斯爆炸危险性；当k较小时，火区封闭后短时间内瓦斯浓度缓慢升高，氧气浓度缓慢下降，即瓦斯涌出量和体积比值小的火区在封闭后短时间内瓦斯浓度达不到爆炸极限范围，不具有瓦斯爆炸危险性。
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