孫晉樂(lè)

（山西忻州神達(dá)金山礦，山西 忻州 034000）

神達(dá)金山礦13#煤層13101 綜放工作面采空區(qū)內(nèi)遺煤得到充足的供氧就會(huì)使得煤炭發(fā)生緩慢氧化反應(yīng)，而采空區(qū)內(nèi)屬相對(duì)封閉空間，氧化所產(chǎn)生熱量不易及時(shí)散失，因此采空區(qū)“三帶”內(nèi)的氧化帶極易發(fā)生自燃現(xiàn)象。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)研究，準(zhǔn)確地測(cè)定出采空區(qū)“三帶”區(qū)域，可為今后消除煤層自然發(fā)火隱患提供參考。

1 自燃“三帶”劃分

根據(jù)國(guó)內(nèi)外采空區(qū)“三帶”劃分依據(jù)，可將采空區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的供氧量大小劃分為散熱帶、氧化帶、窒息帶，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 自燃“三帶”劃分參數(shù)

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)區(qū)域概況

此次試驗(yàn)區(qū)域選在13#煤層131 采區(qū)13101 綜放工作面，該工作面煤巖層總體近南北走向，巷道布置方式為雙巷布置，其運(yùn)輸順槽為進(jìn)風(fēng)巷，回風(fēng)順槽進(jìn)行回風(fēng)。13#煤層傾角為7°～9°，煤層平均厚度及變異系數(shù)分別為13.53 m、23.4%，煤層較為穩(wěn)定。經(jīng)資質(zhì)單位對(duì)該煤層自燃傾向性進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果為Ⅱ類(lèi)自燃煤層。

2.2 采空區(qū)測(cè)點(diǎn)布置方案

采空區(qū)內(nèi)氣體流動(dòng)趨勢(shì)主要沿走向變化，因此本次試驗(yàn)主要在采空區(qū)進(jìn)、回風(fēng)側(cè)埋設(shè)取樣頭布置測(cè)點(diǎn)。為避免取樣管受到頂板或端頭支架來(lái)壓造成破壞，在其外部采用Ф50 mm 鋼管進(jìn)行保護(hù)。測(cè)點(diǎn)布置如圖1。

圖1 采空區(qū) “三帶”測(cè)點(diǎn)平面布置圖

束管的前端布置如圖2，用快速接頭將采樣管與保護(hù)鋼管連接，束管單管伸入取樣頭，再?gòu)牟煽諈^(qū)進(jìn)、回風(fēng)側(cè)鋼管中穿出，并隨著工作面推進(jìn)留入采空區(qū)內(nèi)。

圖2 氣體取樣管的設(shè)置及保護(hù)

2.3 測(cè)定結(jié)果及分析

根據(jù)所布測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)、回風(fēng)巷中埋入的測(cè)點(diǎn)隨采空區(qū)的推移而呈動(dòng)態(tài)變化，其O2含量變化趨勢(shì)如圖3、圖4。

分析圖3、圖4 可知，進(jìn)風(fēng)側(cè)測(cè)點(diǎn)在采空區(qū)以里30.4 m 處和72 m 處測(cè)得的氧含量分別為17.96%和9.82%；回風(fēng)側(cè)測(cè)點(diǎn)在采空區(qū)以里14.4 m 處和36.8 m 處測(cè)得的氧含量分別為17.82%和9.76%。

圖3 進(jìn)風(fēng)側(cè)測(cè)點(diǎn)氧含量隨采空區(qū)深度變化圖

圖4 回風(fēng)側(cè)測(cè)點(diǎn)氧含量隨采空區(qū)深度變化圖

由此可判定進(jìn)風(fēng)側(cè)自燃“三帶”劃分為：0～30.4 m 范圍為散熱帶，該區(qū)域頂板冒落的巖塊呈松散堆積狀，孔隙多且大，氧濃度大于18.0%，氧化生成的熱量極易被漏風(fēng)帶走；當(dāng)取樣點(diǎn)進(jìn)入采空區(qū)30.4 m 以后，氧氣含量開(kāi)始小于18.0%，埋測(cè)管區(qū)域以里開(kāi)始進(jìn)入氧化帶，該區(qū)域冒落的煤巖塊逐漸被壓實(shí)，漏風(fēng)量減小，遺煤開(kāi)始氧化升溫，且升溫的熱量不易被帶走，因此該區(qū)域極易自燃發(fā)火；根據(jù)O2的濃度變化趨勢(shì)，可確定出窒息帶的起始邊界線(xiàn)為72 m 以?xún)?nèi)?；仫L(fēng)側(cè)自燃“三帶”劃分為：散熱帶為0～14.4 m 范圍內(nèi)，氧化帶為14.4～36.8 m范圍內(nèi)，窒息帶為36.8 m 以里。

3 綜采面極限推進(jìn)速度的確定

采空區(qū)浮煤要自燃，不僅要有一定的浮煤厚度，還需要具備足夠的時(shí)間維持該區(qū)域的條件不變，即維持時(shí)間必須達(dá)到

式中：Tmin為浮煤的最短發(fā)火期，天。

也就是工作面的推進(jìn)速度v 小于工作面的散熱帶到采空區(qū)窒息帶的最大距離和浮煤最短自然發(fā)火期Tmin之間時(shí)，就可能發(fā)生自燃，即：

13101 綜采面散熱帶到采空區(qū)窒息帶的最大距離，即氧化升溫帶最大寬度Lmax為41.6 m。根據(jù)氧濃度曲線(xiàn)可知采空區(qū)當(dāng)量氧濃度值CO2=16，則實(shí)驗(yàn)氧濃度與實(shí)際氧濃度相似比例系數(shù)k=1.1，采空區(qū)浮煤最短自然發(fā)火期Tmin=88 天，可知13101 綜采面采空區(qū)可能發(fā)生自燃的極限推進(jìn)度為：

因此，當(dāng)13101 采面推進(jìn)速度大于0.43 m/d 時(shí)，采空區(qū)無(wú)自然發(fā)火危險(xiǎn)；當(dāng)工作面推進(jìn)速度小于0.43 m/d 時(shí)，采空區(qū)將有自然發(fā)火危險(xiǎn)。

目前金山礦13101 工作面每天平均推進(jìn)速度為1.6 m/d，大于發(fā)生自燃的極限推進(jìn)度，因此，目前以此推進(jìn)速度，采空區(qū)不會(huì)出現(xiàn)自然發(fā)火的危險(xiǎn)，但進(jìn)風(fēng)道仍是防火的重點(diǎn)區(qū)域。

4 結(jié) 論

（1）13101 工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)處自燃“三帶”劃分為：散熱帶為0～30.4 m，氧化帶為30.4～72 m（氧化帶寬度41.6 m），窒息帶為72 m 以里；回風(fēng)側(cè)自燃“三帶”劃分為：散熱帶為0～14.4 m，氧化帶為14.4～36.8 m（氧化帶寬度22.4 m），窒息帶為36.8 m 以里。

（2）當(dāng)13101 工作面月推進(jìn)速度大于12.89 m時(shí)，采空區(qū)無(wú)自然發(fā)火危險(xiǎn)；當(dāng)工作面月推進(jìn)速度小于12.89 m 時(shí)，采空區(qū)將有自然發(fā)火危險(xiǎn)。