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)。