師傳壯

(汾西礦業(yè)集團(tuán)公司)

1 工程概況

CT101工作面為某礦南一采區(qū)首采工作面，工作面標(biāo)高-274.3～-298.7 m。該工作面東臨風(fēng)氧化帶，南鄰1017采空區(qū)，西鄰F14正斷層(傾角70°，標(biāo)高0～280 m)，向北靠近26-3#鉆孔[1]。工作面對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高為26.79～27.20 m，上方為農(nóng)田，地勢(shì)平坦，沒(méi)有大的河流經(jīng)過(guò)，但人工溝渠縱橫，附近分布有王樓、廟前2個(gè)村莊。工作面回采時(shí)，地面將發(fā)生下沉，通過(guò)采用矸石充填后，預(yù)測(cè)下沉深度為0～0.8 m[2-4]。該工作面開(kāi)采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組10#煤層，根據(jù)地質(zhì)資料及煤質(zhì)化驗(yàn)分析，煤層總厚2.2～3.9 m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層傾角為2°～10°，平均為6°。工作面煤厚賦存較穩(wěn)定，煤層厚度為2.2～3.9 m，平均為3.1 m，煤層厚度變異系數(shù)為3.8%，煤層可采性指數(shù)為1。該工作面在掘進(jìn)過(guò)程中，巷道沿著煤層頂板施工。施工過(guò)程中揭露的煤層直接頂以泥巖為主，在機(jī)、風(fēng)兩巷中外段直接頂板上方3.2～6.0 m處有一薄層煤線，厚度為0～0.2 m，分布不均，在回采時(shí)對(duì)頂板管理有一定的影響[5-6]。該工作面走向長(zhǎng)2 512 m，傾向長(zhǎng)100 m，采用綜合機(jī)械化采煤工藝，對(duì)采空區(qū)采用頂板直接垮落法進(jìn)行處理。為加強(qiáng)沿空留巷的穩(wěn)定性，在機(jī)巷靠近采空區(qū)側(cè)進(jìn)行矸石袋壘砌矸石墻結(jié)合錨索+工字鋼聯(lián)合支護(hù)方式對(duì)頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。該工作面采用雙滾筒電牽引采煤機(jī)割煤，平均采高3.1 m，割煤截深0.6 m。工作面采用采充平行作業(yè)方式，一刀一充，循環(huán)充填，充填步距為0.6 m。

2 CT101工作面采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域分析

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

本研究CT101充填工作面沿空留巷采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域觀測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。工作面風(fēng)巷內(nèi)布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)都設(shè)置有熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)和束管抽氣系統(tǒng)；在工作面液壓支架后方布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)都設(shè)置有熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)[7-9]。在設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)巷內(nèi)各測(cè)點(diǎn)間距為20 m，支架后每個(gè)測(cè)點(diǎn)間距為25 m。但由于礦山提供的保護(hù)鋼管為 6 m/根，實(shí)際上風(fēng)巷內(nèi)各測(cè)點(diǎn)相距18 m；由于支架后方測(cè)點(diǎn)布置困難，在現(xiàn)場(chǎng)施工中布置的測(cè)點(diǎn)間距與設(shè)計(jì)有一定的偏差。根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)情況，觀測(cè)站設(shè)置于距離最近測(cè)點(diǎn)100 m處的巷道內(nèi)。風(fēng)巷內(nèi)設(shè)置有測(cè)溫系統(tǒng)和抽氣系統(tǒng)，井下施工前，在地面上將每個(gè)測(cè)點(diǎn)的熱電偶與束管捆綁在一起；在井下施工時(shí)將測(cè)溫及抽氣系統(tǒng)用鋼管進(jìn)行保護(hù)，在測(cè)點(diǎn)處用三通保護(hù)。液壓支架后方測(cè)點(diǎn)由于施工空間的限制，無(wú)法采用鋼管保護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)采用PVC管保護(hù)。熱電偶穿入PVC管中，探頭處采用鋼管保護(hù)。

圖1 自然危險(xiǎn)區(qū)域觀測(cè)點(diǎn)布置示意

2.2 觀測(cè)分析

每隔2～3 d對(duì)各測(cè)點(diǎn)觀測(cè)1次，采集各測(cè)點(diǎn)處的空氣樣品，并測(cè)定氧氣含量。分析圖2、圖3可知：①1#測(cè)點(diǎn)溫度幾乎沒(méi)有變化，表明在矸石墻后存在1個(gè)溫度幾乎不變的地帶，且該處溫度并未超過(guò)30 ℃；②2#測(cè)點(diǎn)的溫度在埋深20 m以后開(kāi)始大幅增大，在埋深45 m以后溫度逐漸穩(wěn)定并趨于降低；③3#、4#、5#測(cè)點(diǎn)在埋深10 m左右溫度有所增加，在埋深20 m左右溫度變化趨于平穩(wěn)。

圖2 測(cè)點(diǎn)溫度與埋深的關(guān)系

圖3 5#測(cè)點(diǎn)氧氣含量變化特征

由現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，若按照采空區(qū)自燃“三帶”劃分標(biāo)準(zhǔn)，可將CT101工作面的采空區(qū)自燃“三帶”劃分為散熱帶(埋深0～10 m)、氧化帶(埋深10～45 m)以及窒息帶(埋深45 m以上)。由相關(guān)觀測(cè)結(jié)果可知：①CT101工作面采空區(qū)自燃“三帶”中散熱帶、氧化帶的寬度較小，且過(guò)渡較快；②散熱帶、氧化帶呈條帶狀，散熱帶和氧化帶的最寬處位于沿空留巷與工作面交接處形成的1個(gè)三角帶；③矸石墻采空區(qū)側(cè)有1個(gè)較窄且溫度幾乎不變的常溫地帶，其長(zhǎng)度幾乎與矸石墻一致[10]。據(jù)此，本研究將采空區(qū)內(nèi)劃分為自燃危險(xiǎn)區(qū)域、自燃威脅區(qū)域和無(wú)自燃危險(xiǎn)區(qū)域(圖4)。

圖4 CTl01工作面采空區(qū)溫度區(qū)域分布示意

對(duì)CT101工作面煤樣進(jìn)行氧化升溫試驗(yàn)可知，當(dāng)煤樣溫度達(dá)到40 ℃時(shí)，煤體發(fā)生緩慢的氧化反應(yīng)。結(jié)合圖4分析可知：①自燃危險(xiǎn)區(qū)的范圍為沿空留巷與工作面交接處形成的1個(gè)三角帶，距離液壓支架約15 m，最大寬度約30 m；距離沿空留巷約30 m，最大寬度約20 m；②自燃威脅區(qū)域距離液壓支架約10 m，寬度約10 m，距離沿空留巷30 m，長(zhǎng)度約70 m，呈狹長(zhǎng)的條帶狀分布；其余為無(wú)自燃危險(xiǎn)區(qū)。

通過(guò)對(duì)CT101工作面采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域分布規(guī)律的研究，認(rèn)為：①自燃危險(xiǎn)區(qū)域分布異常，按照傳統(tǒng)自燃“三帶”理論劃分的氧化帶并非完全是自燃危險(xiǎn)區(qū)域；②各區(qū)域基本呈條帶狀分布，無(wú)自燃危險(xiǎn)區(qū)域較長(zhǎng)、較窄，自燃危險(xiǎn)區(qū)域面積較?。孩墼谝簤褐Ъ芎蠓胶晚肥瘔?nèi)側(cè)區(qū)域，各有1段溫度幾乎不變的條帶；④自燃危險(xiǎn)區(qū)域位于留巷矸石墻內(nèi)側(cè)與液壓支架形成的1個(gè)三角區(qū)域。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)某礦CTl01工作面特點(diǎn)及其沿空留巷的存在情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)該工作面采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了分析。研究表明：該工作面采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)榱粝镯肥瘔?nèi)側(cè)與液壓支架形成的1個(gè)三角區(qū)域，是工作面防滅火的重點(diǎn)區(qū)域。