馬正恒

(1.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點實驗室，重慶 400037；2.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

新景煤礦15011工作面采空區(qū)高溫點范圍確定

馬正恒1,2

(1.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點實驗室，重慶 400037；2.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

及時準(zhǔn)確的判定工作面采空區(qū)高溫點范圍，對于礦井經(jīng)濟有效的采取有針對性的措施以及火災(zāi)、瓦斯爆炸等事故防治具有重要意義。新景煤礦15號煤層為II類自燃傾向煤層，工作面次級褶曲構(gòu)造發(fā)育，回采過程中受構(gòu)造等影響推進緩慢時，易發(fā)生煤層自燃。根據(jù)現(xiàn)場實際情況結(jié)合理論分析，確定了15011工作面高溫區(qū)域范圍，為礦井下一步采取措施提供了理論指導(dǎo)，并為相似條件下采空區(qū)高溫點確定提供一定的借鑒。

15011工作面；高溫點；推進度；自燃“三帶”

綜放采空區(qū)空間大、遺煤分布廣、漏風(fēng)復(fù)雜等特點導(dǎo)致自燃危險區(qū)域分布異常，使得綜放采空區(qū)遺煤自燃的防治工作存在很大的盲目性，時常導(dǎo)致自燃事故的發(fā)生[1]。新景煤礦位于陽泉礦區(qū)大單斜構(gòu)造西部，主采3、8、15號煤層，區(qū)內(nèi)次級褶曲構(gòu)造發(fā)育。2014年，經(jīng)中煤科工集團重慶研究院有限公司鑒定，15號煤層為II類自燃煤層、最短自然發(fā)火期47天。礦井分+525m與+420m兩個水平進行開采，目前所采15號煤層均位于+525m水平。隨著15號煤層的持續(xù)開采，多個工作面在遇構(gòu)造推進緩慢時出現(xiàn)CO超標(biāo)，工作面不得不臨時封閉。

科學(xué)準(zhǔn)確的判定采空區(qū)高溫點范圍，對于經(jīng)濟、合理、有效的采取有針對性的防治措施具有重要意義[2]。2016年11月開始，15011綜放工作面在回采工程中低位瓦斯抽放巷CO濃度持續(xù)升高，礦井采取了多種措施，但效果均不明顯，本文根據(jù)現(xiàn)場實際情況結(jié)合理論分析對15011工作面采空區(qū)高溫點范圍進行分析確定。

1 構(gòu)造情況

新景煤礦位于陽泉礦區(qū)大單斜構(gòu)造西部，在大單斜面上次級褶曲構(gòu)造發(fā)育，平面上多呈北北東—北東向展布，以波狀起伏的褶曲為主，呈向背斜相間、斜列式、平列式組合。剖面上多以上部比較開闊平緩，下部比較緊閉的平列褶曲為主。礦井地質(zhì)構(gòu)造綱要圖詳見圖1。

圖1 礦井地質(zhì)構(gòu)造綱要圖

15011工作面北部及中部為一傾向SE的單斜構(gòu)造，煤層傾角4°～22°，南部為一軸向NE向斜構(gòu)造，兩翼煤層傾角2°～18°。工作面回風(fēng)巷、低位抽放巷在掘進過程中分別揭露斷層F1、F2，兩斷層落差均在2m以上，坑透資料顯示，回采過程中預(yù)計揭露斷層9條。工作面煤層及頂板節(jié)理比較發(fā)育。

2 工作面基本情況

15011工作面位于+525水平，地面標(biāo)高927～1100m，工作面標(biāo)高377～544m，埋藏深度為495～614m。工作面位于15號煤西采區(qū)南部，東為15109工作面(未采)，西為80113工作面(已采)，北為80110工作面(已采)。

工作面走向長1098m，傾向長220m，進回、風(fēng)順槽高度落差平均24m，切巷與停采線的落差為100m。煤層總厚5.53～7.60m，平均6.48m，煤層傾角2°～22°，平均10°。

2.1 工作面生產(chǎn)情況

工作面于2016年2月28日初采，截止2016年12月10日，進風(fēng)推進527m，剩余采長571m；回風(fēng)推進507.5m，剩余采長590.5m。工作面布置及生產(chǎn)情況見圖2。

11月2日低位抽放巷出現(xiàn)CO時，進風(fēng)順槽共推進511.3m、回風(fēng)順槽共推進489.1m。其中2月28日至9月30日累計推進482m，平均日推進2.23m。10月份共推進28m，平均日推進度為0.9m。

從11月份開始，由于進、回風(fēng)兩巷高差27m，工作面煤層推進方向傾角在25°左右，55～73、114～129架煤層節(jié)理發(fā)育，頂板破碎嚴(yán)重，工作面推進緩慢。從11月2日至12月10日，進風(fēng)順槽共推進15.7m、平均日推進度0.413m；回風(fēng)順槽共推進19.3m、平均日推進度0.508m。

12月10日，對工作面進行封閉。

2.2 通風(fēng)抽采情況

15011工作面通風(fēng)系統(tǒng)為“U+I”型，進風(fēng)巷進風(fēng)，回風(fēng)巷、低位抽放巷回風(fēng)；正?；夭善陂g進風(fēng)風(fēng)量為1212m3/min、回風(fēng)巷風(fēng)量1008m3/min、低位抽放巷風(fēng)量214m3/min。

利用走向高抽巷進行瓦斯抽采，正?；夭善陂g抽放負壓4018Pa，濃度38%，混合量134.77m3/min，純量51.21m3/min。

從2016年11月2日開始，低位抽放巷CO濃度持續(xù)升高，礦井多次對風(fēng)量及抽放量進行調(diào)改。

圖2 工作面布置及生產(chǎn)情況示意圖

2016年12月21日走向高抽巷停止抽放。

3 CO氣體濃度變化情況及采取的措施

3.1 氣體情況

2016年11月2日低位抽放巷出現(xiàn)CO，濃度為0.0013%，至12月10日濃度上升到0.022%。高抽巷CO濃度一直在0.0024%以下，回風(fēng)巷未發(fā)現(xiàn)有CO氣體。低位抽放巷氣體變化情況見圖3、圖4。

3.2 采取的措施

3.2.1 注防滅火材料

工作面進風(fēng)落山噴灑高分子滅火材料共計17袋；工作面進風(fēng)落山井下移動注氮329121m3；在距回采面30m，進風(fēng)順槽60m的位置施工地面鉆孔注液氮，鉆孔深度545.26m，截止12月24日注液氮164.78t；從進風(fēng)隅角、回采面向采空區(qū)注普瑞特累共計240桶，鉆孔孔深6～8m；從回采面向采空區(qū)注一七泡沫20桶，鉆孔最深13m。

圖3 15011低位抽放巷11月份CO變化情況

3.2.2 高抽巷抽放量調(diào)整

高抽混合量137.74m3/min → 114.45m3/min → 98.51m3/min → 65.26m3/min → 51.02m3/min → 12月20日工作面封閉，12月21日高抽巷抽放關(guān)閉。

圖4 15011低位抽放巷12月份CO變化情況

3.2.3 風(fēng)量調(diào)整

工作面風(fēng)量調(diào)整情況見表1。

表1 15011工作面風(fēng)量調(diào)整表 m3/min

3.2.4 工作面封閉

2016年11月30日起低位抽放巷閉墻，12月10日起進風(fēng)、回風(fēng)閉墻，三道閉墻均壓2根直徑800mm瓦斯管，瓦斯管未上擋板形成通風(fēng)系統(tǒng)；12月20日三道閉墻同時上擋板封閉工作面。

4 高溫點產(chǎn)生原因理論分析

4.1 工作面推進緩慢

15011工作面2016年10月共推進28m，平均日推進度為0.9m。

2016年11月，由于進、回風(fēng)兩巷高差27m，工作面煤層推進方向傾角在25°左右，55～73、114～129架煤層節(jié)理發(fā)育，頂板破碎嚴(yán)重，工作面推進及其緩慢。11月2日至12月10日，進風(fēng)順槽共推進15.7m、平均日推進度0.413m；回風(fēng)順槽共推進18.4m、平均日推進度0.484m。

15號煤最短自燃發(fā)火期47d，由于工作面推進緩慢，采空區(qū)遺煤處于氧化升溫帶時間過長，易發(fā)生煤體自燃[3]。

4.2 采空區(qū)自燃“三帶”分析

根據(jù)陽泉礦區(qū)自燃“三帶”劃分經(jīng)驗，0～25m為散熱帶，25～70m為氧化升溫帶，70m以外為窒息帶。工作面10月份共推進28m，11月份到工作面封閉共推進17m。工作面推進緩慢期間共推進43m，采空區(qū)遺煤長時間處于氧化升溫帶，易發(fā)生煤體自燃。

現(xiàn)工作面推進區(qū)域采空區(qū)自燃“三帶”如圖5所示。

4.3 注膠加固影響分析

工作面進、回風(fēng)兩巷高差27m，推進方向傾角在25°左右，62架到機尾煤層節(jié)理發(fā)育，頂板破碎嚴(yán)重。為減少頂板破碎煤體對回采的影響，提高推進度，采取注膠等主動支護，這增加了頂板垮落難度；同時，工作面采用全部垮落法處理采空區(qū)，冒落帶和斷裂帶高度較大，易形成漏風(fēng)通道，為采空區(qū)浮煤自燃提供了適量的氧氣，增加了采空區(qū)浮煤自燃的危險性。

圖5 采空區(qū)自燃“三帶”分布圖

5 高溫點范圍確定

(1)正常通風(fēng)條件下，氧化升溫帶在25～70m。低位抽放巷出現(xiàn)CO時間為2016年11月2日，此時進風(fēng)順槽推進511.3m，回風(fēng)順槽推進489.1m。即高溫點出現(xiàn)在進風(fēng)順槽推進度486.3m、回風(fēng)順槽推進度464.1m以內(nèi)。

2016年12月10日工作面封閉時，進風(fēng)順槽推進527m、回風(fēng)順槽推進507.5m。即高溫點在進風(fēng)順槽推進度457m、回風(fēng)順槽推進度437.5m以外。

(2)工作面推進期間高抽巷CO濃度均處在0.0024%以下，且只有低位抽放巷出現(xiàn)CO，回風(fēng)未檢測到CO，說明高溫點在高抽巷到低位抽放巷之間。工作面冒頂之前回風(fēng)順槽未出現(xiàn)CO，說明高溫點不在回風(fēng)順槽附近。

(3)進風(fēng)側(cè)井下移動注氮、注普瑞特防滅火材料對低位抽放巷CO沒有明顯影響；在距工作面30m、進風(fēng)60m的地方施工地面鉆孔注液氮，工作面封閉以前，地面注液氮對低位抽放巷CO沒有明顯影響，工作面封閉以后，地面注氮使得低位抽放巷CO大幅降低。說明高溫點不在井下移動注氮、注普瑞特防滅火材料、地面注氮區(qū)域。

在采取注一七泡沫的區(qū)域，鉆孔孔深13m的位置低位抽放巷CO濃度有一定程度的降低，說明高溫點在工作面13m以內(nèi)。

(4)工作面多次調(diào)減風(fēng)量后，采空區(qū)自燃“三帶”可能會向工作面方向前移[4-5]；11月份到工作面封閉推進極其緩慢，不排除高溫點向工作面方向延伸的可能。

綜上所述，判定高溫點橫向位于高抽巷與回風(fēng)順槽以里10m；縱向位于工作面13m以內(nèi)，進風(fēng)順槽457m、回風(fēng)順槽437.5m以外的范圍內(nèi)。高溫點范圍見圖6。

圖6 高溫點范圍預(yù)測分布圖

6 結(jié)束語

(1)新景煤礦采用綜采放頂煤開采工藝，造成采空區(qū)遺煤多、漏風(fēng)大，綜放采空區(qū)成為自然發(fā)火的主要區(qū)域。

(2)盲目的采取防滅火措施既造成經(jīng)濟及時間成本浪費，又影響防滅火效果，在CO濃度超標(biāo)的情況下，應(yīng)首先以小成本的投入快速確定采空區(qū)高溫點范圍，然后采取相應(yīng)措施。

(3)應(yīng)建立健全工作面束管監(jiān)測系統(tǒng)，加強人工檢測，提高預(yù)測預(yù)報準(zhǔn)確性。

(4)礦井應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行采空區(qū)自燃“三帶”考察，科學(xué)合理的劃分采空區(qū)自燃“三帶”，為煤自燃防治工作的開展提供參考。

(5)回采過程中應(yīng)及時封堵進回風(fēng)落山，減少采空區(qū)漏風(fēng)。提高地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測預(yù)報準(zhǔn)確性，加強放頂煤及頂板管理，提高推進速度，從根本上杜絕自燃事故的發(fā)生。

[1]曹凱.綜放采空區(qū)遺煤自然發(fā)火規(guī)律及高效防治技術(shù)[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué),2013.

[2]馮小平.采空區(qū)高溫點位置確定的計算機模擬分析[J].淮南礦業(yè)學(xué)院學(xué)報,1995,15(1):36-41.

[3]馮靜雨,陳永峰,邊汝亮.陽泉礦區(qū)15#煤層自然發(fā)火的原因及規(guī)律[J].煤,2004,13(1):46-47.

[4]王偉,肖峻峰,盧平.特厚易自燃煤層綜放工作面采空區(qū)氧化自燃帶分布規(guī)律模擬研究[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2013,21(6):73-77.

[5]楊勝強,徐全,黃金，等.采空區(qū)自燃“三帶”微循環(huán)理論及漏風(fēng)流場數(shù)值模擬[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2009,38(6):769-778.

(責(zé)任編輯：王子君)

Determinationof15011WorkingFaceGoafHighTemperaturePointRangeinXinjingCoalMine

MA Zhengheng1,2

(1.State Key Laboratory of Gas Disaster Monitoring and Emergency Technology,Chongqing 400037,China;2.Chongqing Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group,Chongqing 400037,China)

Timely and accurate determination of the high spot range of the goaf on the working face is of great significance for adoption of the specific measures by the mine on the economic and effective basis and prevention and control of fire,gas explosion and other accidents.No.15 coal seam of Xinjing Coal Mine is a type II coal seam with tendency of coal spontaneous combustion,the working face develops a secondary folding structure,and the coal seam is prone to spontaneous combustion when the mining course is slowed down due to influence of structure.Based on the actual situation and in combination with the theoretical analysis,the paper determines the high temperature range of 15011 working face,provides theoretical guidance for the further measures to be taken by the mine,and furnishes some reference for the determination of high spots in the goaf under similar conditions.Keywords15011 working face;high temperature point;advancing rate;spontaneous combustion of “Three Zones”

2017-04-19

國家油氣重大專項資助項目(2016ZX05043005-001);國家自然科學(xué)基金資助項目(51304237)

馬正恒(1984—)，男，碩士研究生，助理研究員，研究方向：瓦斯災(zāi)害防治、瓦斯地質(zhì)。

1003-1251(2017)04-0091-06

TD752.2

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