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        辛置礦綜采工作面采空區(qū)自燃“三帶”分布研究

        2020-03-06 06:44:18
        山東煤炭科技 2020年1期
        關(guān)鍵詞:煤礦

        王 飛

        (霍州煤電集團辛置煤礦,山西 霍州 031412)

        采空區(qū)自燃“三帶”主要包括散熱帶、氧化帶和窒息帶,采空區(qū)自燃“三帶”的研究是礦井防滅火的基礎(chǔ)。采空區(qū)自燃“三帶”的劃分標準主要有按照漏風風速劃分、按照氧濃度劃分和按照溫度劃分這三種。雖然散熱帶采空區(qū)內(nèi)漏風風速大,O2濃度含量高,但是由于距離工作面較近,產(chǎn)生的熱量大多數(shù)被工作面吸收,溫升K<1℃/d,不易自燃。窒息帶由于漏風風速小和氧氣含量低,不容易發(fā)生自燃。對于采空區(qū)自燃“三帶”來說,最容易發(fā)生自燃的為氧化帶,其區(qū)域內(nèi)氧氣含量高,熱量容易積聚,具備發(fā)生自燃的條件。因此,根據(jù)礦井采空區(qū)自燃“三帶”的研究成果,合理制定采空區(qū)防火措施,避免采空區(qū)發(fā)生自燃,威脅礦井的安全。

        1 工作面概況

        辛置煤礦2-109工作面位于310水平一采區(qū),地面標高+730m~+765m,工作面標高+220m~+298m。開采的2號煤層,揮發(fā)分(Vdaf)為29.28%,吸氧量(Vd)為0.45cm3/g,經(jīng)鑒定屬于II類自燃煤層。2號煤層厚度0.35~4.31m,平均3.23m,煤厚變化范圍較小,煤層賦存穩(wěn)定,煤層傾角為6°~10°。f=1.7左右。2-109工作面位于一褶皺構(gòu)造背部,地層總體趨勢為北高南低、西高東低。

        2 工作面采空區(qū)自燃“三帶”現(xiàn)場觀測方案

        辛置煤礦2-109工作面“三帶”觀測采用測管布置方式,其布置示意圖如圖1所示。在工作面進風巷和回風巷兩側(cè)分別布置三路、工作面架后布置兩路監(jiān)測管路,在設(shè)置的每個監(jiān)測點都安置溫度傳感器和束管裝置,對礦井采空區(qū)內(nèi)的溫度和氣體進行監(jiān)測。2-109工作面進行回采后,溫度傳感器和束管都將埋設(shè)在采空區(qū)內(nèi),根據(jù)反饋來的數(shù)據(jù)了解辛置煤礦2-109工作面采空區(qū)內(nèi)溫度和氧氣狀況。

        3 觀測方式

        設(shè)定好辛置煤礦2-109工作面采空區(qū)三帶觀測管路布置后,安排工作人員對每天同一時刻的數(shù)據(jù)進行讀取。采集內(nèi)容包括溫度探頭數(shù)據(jù)、采空區(qū)氣樣和工作面推進進尺,準確記錄各測點數(shù)據(jù),把氣樣帶回地面,使用氣相色譜儀進行氣體分析。

        根據(jù)測點布置和所得數(shù)據(jù),分別對采空區(qū)進風側(cè)、中間位置、回風側(cè)的溫度數(shù)據(jù)、CO濃度、O2濃度進行分類比較分析。對2-109工作面溫度指標分析可知,采空區(qū)內(nèi)部遺煤在觀測期間的自燃氧化程度相對較弱,溫度參數(shù)雖然可以反映出采空區(qū)遺煤氧化的趨勢,但不符合判定采空區(qū)自燃“三帶”分布的指標依據(jù),受圍巖及環(huán)境溫度的影響較大。因此,在此次“三帶”劃分判定中,溫度只可作為輔助指標,不能作為主要判定指標。

        由自然發(fā)火標志性氣體優(yōu)選可知,CO可作為預測預報自然發(fā)火的指標氣體。但是本工作面的CO濃度變化快,不能有效地判定散熱帶與氧化帶、氧化帶與窒息帶的臨界值。所以CO濃度不能作為劃分自燃“三帶”的判據(jù),只可以判定采空區(qū)遺煤氧化的情況。當CO濃度處于較高水平時,可以判定處于采空區(qū)的遺煤氧化較為劇烈。

        圖1 辛置礦2-109工作面采空區(qū)“三帶”觀測管路布置圖

        4 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

        采用采空區(qū)O2濃度對2-109工作面“三帶”進行劃分。采用上述制定的方案,對收集到的O2數(shù)據(jù)進行分析,得到1~3#測點、4~5#測點、6~8#測點的O2濃度變化曲線。1~3#測點布置在采空區(qū)進風側(cè),4~5#測點布置在采空區(qū)中部,6~8#測點布置在采空區(qū)回風側(cè)。

        4.1 劃分標準

        根據(jù)采空區(qū)自燃“三帶”O(jiān)2濃度不同,來對三帶范圍進行確定。散熱帶由于漏風充分,O2濃度偏高,常大于18%;氧化帶濃度一般為10%~18%;窒息帶濃度小于10%。

        4.2 采空區(qū)進風側(cè)O2濃度數(shù)據(jù)分析

        對辛置煤礦2-109工作面采空區(qū)自燃“三帶”1~3#測點數(shù)據(jù)進行收集,得到1~3#測點工作面推進與O2濃度變化曲線,如圖2所示。

        圖2 1~3#測點O2濃度變化曲線

        由圖2可知,隨著2-109工作面的推進,1~3#測點O2濃度呈現(xiàn)下降的趨勢。主要原因是由于采空區(qū)內(nèi)移煤氧化,消耗O2濃度,導致其濃度下降。根據(jù)1~3#測點O2濃度不同,確定1~3#測點“三帶”的分布范圍,如表1所示。

        表1 采空區(qū)進風側(cè)1~3#測點自燃“三帶”范圍劃分

        由表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知,1~3#測點采空區(qū)自燃“三帶”范圍,計算平均值后,確定2-109工作面采空區(qū)進風側(cè)散熱帶0~18.3m,氧化帶18.3~55.1m,窒息帶55.1m~∞。

        4.3 采空區(qū)中部O2濃度數(shù)據(jù)分析

        對辛置煤礦2-109工作面采空區(qū)自燃“三帶”4~5#測點數(shù)據(jù)進行收集,得到4~5#測點工作面推進與O2濃度變化曲線,如圖3所示。

        由圖3可知,隨著工作面的推進,4~5#采空區(qū)內(nèi)O2濃度呈現(xiàn)下降的趨勢,下降速率相對于1~3#測點快,較早進入窒息帶。主要原因是由于測點位置布置在采空區(qū)中部,頂板垮落導致采空區(qū)封閉效果好,漏風少,O2濃度迅速下降。根據(jù)4~5#測點O2濃度不同,確定4~5#測點“三帶”的分布范圍,如表2所示。

        由表2統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知,4~5#測點采空區(qū)自燃“三帶”范圍,計算平均值后,確定2-109工作面采空區(qū)中部散熱帶0~1.5m,氧化帶1.5~2.5m,窒息帶2.5m~∞。

        圖3 4#、5#測點O2濃度變化曲線

        表2 采空區(qū)中部4#、5#測點自燃“三帶”范圍劃分

        4.4 采空區(qū)回風側(cè)O2濃度數(shù)據(jù)分析

        對辛置煤礦2-109工作面采空區(qū)自燃“三帶”6~8#測點數(shù)據(jù)進行收集,得到6~8#測點工作面推進與O2濃度變化曲線,如圖4所示。

        圖4 6~8#測點O2濃度變化曲線

        由圖4可知,隨著2-109工作面的推進,6~8#測點O2濃度呈現(xiàn)下降的趨勢。主要原因是由于采空區(qū)內(nèi)移煤氧化,消耗氧氣的濃度,導致其濃度下降,并且由于采空區(qū)漏風小,導致O2濃度下降速率快。根據(jù)6~8#測點O2濃度不同,確定6~8#測點“三帶”的分布范圍,如表3所示。

        由表3統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知,6~8#測點采空區(qū)自燃“三帶”范圍,計算平均值后,確定2-109工作面采空區(qū)中部散熱帶0~3.7m,氧化帶3.8~5.0m,窒息帶5.0m~∞。

        5 采空區(qū)自燃“三帶”范圍確定

        在辛置煤礦2-109工作面布置測點,對每天同一時刻不同測點測定O2濃度進行分析,得到2-109工作面采空區(qū)自然“三帶”分布范圍,如表4所示。根據(jù)確定的自燃“三帶”范圍,合理制定采空區(qū)防火措施,避免采空區(qū)發(fā)生自燃,保障礦井的安全。

        表3 采空區(qū)回風側(cè)6~8#測點自燃“三帶”范圍劃分

        表4 辛置煤礦2-109工作面采空區(qū)自燃“三帶”分布表

        6 結(jié)論

        采用采空區(qū)埋設(shè)束管的方式對2-109工作面采空區(qū)進行了O2濃度數(shù)據(jù)分析,測得了工作面正常推采時期采空區(qū)內(nèi)O2濃度的變化規(guī)律,進行了自燃“三帶”的劃分,分別分析采空區(qū)進風側(cè)、中部和回風側(cè)O2濃度,得到了工作面采空區(qū)自燃“三帶”分布范圍,為礦井制定防火措施做好基礎(chǔ)。

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