張雪峰

(同煤國電 同忻煤礦有限公司，山西 大同 037000)

某礦1302工作面采用綜放放頂煤工藝開采，北鄰1301采空區(qū)，南鄰1303采空區(qū)，屬孤島工作面。開采煤層屬易自燃煤層，自然發(fā)火期為1～3個月。工作面距離地表約500 m，在回采過程中，極易與鄰近采空區(qū)形成漏風(fēng)通道，煤炭自燃條件極易滿足。在這一過程中，防火工作尤為重要。

1 回采過程中自然發(fā)火狀況分析

1)周邊發(fā)火率高，中部發(fā)火率低。

綜放工作面在回采過程中，受采動影響，進風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽、開切眼和停采線(兩道兩線)等采空區(qū)周邊位置的矸石遺煤密實性較采空區(qū)中部小?；诖颂攸c，采空區(qū)內(nèi)部風(fēng)阻和漏風(fēng)分布有所不同，表現(xiàn)為采空區(qū)周邊風(fēng)阻小，漏風(fēng)強度大，采空區(qū)內(nèi)部風(fēng)阻大，漏風(fēng)強度小，進而導(dǎo)致采空區(qū)周邊自然發(fā)火率高，中部自然發(fā)火率低[1]。

2)本工作面采空區(qū)發(fā)火率低，相鄰采空區(qū)發(fā)火率高。

在回采過程中，本工作面采空區(qū)內(nèi)的遺煤屬于初次氧化，而臨近采空區(qū)的遺煤屬二次氧化。二次氧化的遺煤氧化升溫速度比初次氧化的遺煤自燃升溫的速度快，火區(qū)復(fù)燃的速度也比自然發(fā)火速度快，使得防滅火工作更加困難[2]。對于自然發(fā)火的難易程度，相鄰采空區(qū)的自然發(fā)火率比本工作面采空區(qū)的自然發(fā)火率高[3]。

3)兩道兩線發(fā)火率高。

綜采放頂煤工藝的進風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽支架處頂煤放出率低，在采動影響下，頂煤受壓而發(fā)生破碎、壓酥、離層等現(xiàn)象，且巷道頂煤已經(jīng)經(jīng)過了長時間的氧化升溫，在進入采空區(qū)后兩巷的遺煤溫度較其他地點高，極易發(fā)生自然發(fā)火。

綜放工作面開切眼處斷面積大，積存遺煤多，初期工作面推進速度慢，開切眼處遺煤氧化時間長，煤體溫度較高，在一定的漏風(fēng)條件下，極易發(fā)生煤炭自燃。停采前20～30 m，工作面不放頂煤，采空區(qū)遺煤較多，停采后若不能及時撤面、封閉采空區(qū)，將導(dǎo)致自燃危險性的增加。

2 采區(qū)通風(fēng)壓能測量及漏風(fēng)量測定

2.1 各測點壓能的測算

首先，在礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖上確定各壓能測點的位置。壓能的測點一般選在各個風(fēng)流的分、合點，斜立巷和水平巷的各交點(見圖1)，輔扇、風(fēng)門、調(diào)節(jié)門和主要防火墻的前后各點。測壓前要在采掘工程平面圖上查清或測定各測點精確標(biāo)高。采用基點法對各點進行測定，測定氣壓計讀數(shù)、干溫度、濕溫度和風(fēng)速，風(fēng)速要連續(xù)測3次取其平均值，其余可測1次，然后再測量測風(fēng)處斷面積，計算出風(fēng)量，以計算風(fēng)量平差和校正風(fēng)速[4]。

分別計算各點的絕對靜壓、動壓、絕對全壓、位壓、相鄰采空區(qū)的靜壓和阻力，見表1。

圖1 1302工作面通風(fēng)系統(tǒng)圖

表1各測點壓能值及阻力計算表

2.2 進回風(fēng)巷壓力坡度線與漏風(fēng)量關(guān)系圖

1302工作面通風(fēng)系統(tǒng)示意圖見圖2。進回風(fēng)巷與相鄰采空區(qū)絕對靜壓差與漏風(fēng)量關(guān)系圖見圖3，圖4。

圖2 1302工作面通風(fēng)系統(tǒng)示意

P1—采空區(qū)絕對靜壓 P2—進風(fēng)巷絕對靜壓

P1—相鄰采空區(qū)絕對靜壓 P2—進風(fēng)巷絕對靜壓

2.3 工作面漏風(fēng)量計算

由單元格法在工作面布置測點，見圖5。

圖5 工作面測點布置圖

工作面各測點的漏風(fēng)情況見表2。

表2 工作面各測點測量值分析表

由表2可知，從工作面1～4點流入采空區(qū)的總風(fēng)量為201 m3/s ，從采空區(qū)流出工作面4～7點的總風(fēng)量為200.1 m3/s，可見，流入和流出采空區(qū)的風(fēng)量基本相等。

3 采空區(qū)“三帶”參數(shù)測定

測定的主要途徑是利用檢測裝置在試驗工作面建立一氧化碳、氧氣以及乙烯觀測系統(tǒng)，裝置的主要由傳感器、傳感器引線、數(shù)字測試儀表、保護鐵管和測采站等部分組成，見圖6。

圖6 測試觀測系統(tǒng)示意圖

通過對5個測點在距工作面不同距離的采空區(qū)內(nèi)的氣樣分析，分別得出CH4、CO2、C2H6、O2等參數(shù)，根據(jù)5個測點的不同參數(shù)，繪制出隨工作面推進，采空區(qū)內(nèi)各測點O2濃度的變化曲線，以便直觀探尋采空區(qū)的三帶分布規(guī)律。通過分析數(shù)據(jù)得出：

1)測點進入采空區(qū)后20 m左右，CO氣體出現(xiàn)，判定不自燃帶位于采空區(qū)后20 m范圍內(nèi)[5]。

2)氣體濃度變化和溫度變化較大的區(qū)域為20～55 m。頂板垮落規(guī)律和通風(fēng)狀態(tài)變化規(guī)律決定了其遺煤氧化升溫規(guī)律。當(dāng)頂板出現(xiàn)周期性來壓時，通風(fēng)狀態(tài)發(fā)生變化，區(qū)域漏風(fēng)量增大，遺煤氧化速度加大，遺煤溫度上升，隨之出現(xiàn)CO氣體。隨后頂板逐漸壓實，漏風(fēng)量減小，氧化速度減弱，遺煤溫度下降，此區(qū)域為自燃帶[6]。

3)進入采空區(qū)55 m后，測點氣體和溫度濃度呈下降趨勢并穩(wěn)定在一定狀態(tài)，可以斷定超過55 m后的區(qū)域基本為壓實區(qū)，其氧氣濃度也不受外界通風(fēng)系統(tǒng)變化的影響，該區(qū)域可以定義為窒息帶。

4 工作面最小推進速度的確定

通過采空區(qū)漏風(fēng)流場的速度分布和氧氣濃度分布，結(jié)合采空區(qū)三帶的劃分方法，確定采空區(qū)“三帶”具體范圍，并與現(xiàn)場溫度取樣相互驗證，進而確定工作面最小推進速度V：

V=L自/T

式中:

V—工作面最小推進速度，m/d；

L自—自燃帶寬度，m；

T—煤層煤樣的最短自然發(fā)火期，d。

自燃帶寬度取決于頂板巖性、工作面推進速度、漏風(fēng)通風(fēng)壓差，本煤層自燃帶的距離為50 m。自燃發(fā)火煤層，發(fā)火期一般為3～6個月。

代入上式可得：V=0.56 m/d。

即月推進量為16.7 m，在實際生產(chǎn)中該煤層月推進量能達(dá)到70～80 m，因此,1302工作面采空區(qū)自然發(fā)火的可能性極低。

5 結(jié) 論

根據(jù)現(xiàn)場觀測，總結(jié)工作面開采過程中自然發(fā)火規(guī)律為：采空區(qū)周邊發(fā)火率高，中部發(fā)火率低；本工作面采空區(qū)發(fā)火率低，相鄰采空區(qū)發(fā)火率高；兩道兩線發(fā)火率高。

從工作面壓能分布的實測數(shù)據(jù)可見，1302工作面的進回風(fēng)巷與相鄰1301和1303采空區(qū)，靜壓能差均較小，進風(fēng)巷與1301采空區(qū)的最大漏風(fēng)量只有11 m3/min，回風(fēng)巷與1303采空區(qū)的最大漏風(fēng)量只有49.1 m3/min，不足以引起相鄰采空區(qū)的自然發(fā)火，基本上實現(xiàn)了1302工作面的進回風(fēng)巷與相鄰1301和1303采空區(qū)之間的均壓通風(fēng)。

根據(jù)現(xiàn)場測溫和取樣分析數(shù)據(jù)得出，采空區(qū)20 m范圍為不自燃帶。各測點溫度變化和氧氣濃度較大的區(qū)域是20～55 m，該區(qū)間可以被稱為自燃帶。超過55 m后的區(qū)域基本為壓實區(qū)，其溫度和氧氣濃度也不受外界通風(fēng)系統(tǒng)的變化影響，該區(qū)域可以定義為窒息帶。

1302工作面的最小推進速度為16.7 m，實際推進速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最小推進速度，因此,采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火的可能性極低。

參 考 文 獻

[1]陳士軍，劉憲明.孤島工作面綜放開采過程中自然發(fā)火狀況分析[J].山東煤炭科技，2010(2)：13-14.

[2]孟祥軍，程衛(wèi)民.深井近距離開采易燃厚煤層二次氧化自燃發(fā)火的預(yù)控技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010:17-18

[3]張傳勝，潘傳連，朱啟寬.厚煤層分層開采煤層自燃發(fā)火的綜合防治[J].山東煤炭科技，2002(6)：5-6.

[4]樊海燕.大面積采空區(qū)煤炭自燃區(qū)域防治技術(shù)[D].青島:山東科技大學(xué)，2008:37-41.

[5]楊 炎.孤島綜放面采空區(qū)“三帶”數(shù)值模擬與實測研究[J].煤炭技術(shù)，2009,28(10)：41-43.

[6]王 雷，楊勝強.采空區(qū)自燃“三帶”分布規(guī)律及其數(shù)值模擬研究[J].能源技術(shù)與管理，2006(3)：12-15.