利用束管监测技术确定综采工作面采空区煤炭自燃.doc

利用束管监测技术确定综采工作面采空区煤炭自燃“三带” 李铁强 开滦集团荆各庄矿业公司 河北唐山 摘要通过对我矿0091综放工作面采空区气体成分变化规律的测定分析,确定该公司9煤层综放工作面采空区煤炭自燃“三带”,从而为该公司9煤层工作面制定防灭火措施，有效控制采空区煤炭自燃，提供依据。 关键词放顶煤; 采空区;煤层自燃“三带”; 束管监测 1 工作面概况 0091综放工作面为某矿一水平9煤层工作面，工作面走向长度1050m，倾斜长度 104m，煤层厚度7.1m，煤层倾角平均4，该煤层自燃发火期2个月，瓦斯绝对涌出量QCH4＝0.45m3／min。二氧化碳绝对涌出量QCO2＝0.54m3／min，煤尘爆炸指数42.7％，煤层自燃发火期两个月。煤层结构煤层为复杂结构，含碳质泥岩夹矸数层，煤层总体厚度变化不大，为倾斜煤层，属半光亮，玻璃光泽，粉末呈黑色，性较脆，节理发育。 该工作面采用走向长臂综采放顶煤法，日进3.6m，双向割煤。采用全部垮落法处理采空区。目前该工作面已推进800m。 2 测点布置 在推进700m时在1092绕道与0091主运道回风隅角处布置2个束管监测点，随着0091工作面的推采，束管监测点逐渐埋入采空区深部。通过从工作面开始进入采空区对0091采空区内部气体成分（O2、CO）的监测。 正常情况下每日测取一次气体成分数据,早班入井测定。若有异常,则根据具体情况而定,可在异常测点每日测取2～3次数据。通过束管系统直接抽取气样送入气相色谱仪分析同时在井下抽取气样至球胆中,带到地面通过气相色谱仪分析,以便对照比较。同时记录每日工作面的推进度,以便测算工作面的距离。 采用KSS20束管监测系统为现场实测为手段,以色谱及实验室模拟实验机分析采空区气体成分为依据。测试分析的气体成分为CO、N2、CH4、O2、CO2等气体情况见表1 。 趋势；CO 浓度随采空区深度的增加而上升，达峰值后又下降，呈现出二次抛物线函数变化趋势。O2浓度变化情况随采空区深度的加深而逐渐减小。对O2 浓度随采空区深度的变化分别按线性函数和一元二次方程进行回归，得出回归方程如下 O2y-0.4578x20.374 相关系数R0.99 COy-0.000038x20.00117785x-0.00088496 相关系数R0.93 根据观测结果，可认为采面于采空区约0～ 1.8 m 范围为氧化散热带。在该区域内，顶板冒落的岩块处于松散堆积状态，孔隙多且大，氧浓度 19。供氧充足，而氧化生成的热量容易被漏风带走，热量不能聚积，故为氧化散热带。该带很窄的原因可能是由于工作面漏风的影响对该煤层造成顶部煤炭化学性增强的原因。当监测点进入采空区1.0 ～ 1. 8m 以后，开始出现CO，且浓度达0.0009，由于该工作面为煤柱区域，因而作为四周均为煤壁的采空区，CO 气体的出现就意味着遗煤开始自燃氧化，进入可能氧化升温带。该带内冒落的煤岩块已渐渐压实，孔隙度降低，风阻增大，漏风强度减弱，且供氧适宜，而氧化生成的热量又不易被漏风带走，因而有自然发火的可能，进入采空区14m时CO浓度达到峰值，可以判断这个位置时最具自燃条件的位置。根据有关文献，当O2下降到8 ～ 5时，浮煤已失去自燃可能性，延深到采空区36 m 处时CO 浓度下降为0，O2浓度为6. 6，说明可能氧化升温带已经结束，开始进入窒息带。该带内冒落岩块基本压实，漏风逐渐消失，O2达到了失燃界限，供氧不足，氧化生成的热量很小，又由于岩石散热，使遗煤温度下降恢复正常。 根据回归方程确定窒息带的起始边界线 （1）当氧浓度下降至8时，即 y-0.4578x20.374 -4578x20.3748 则x27.03m 2当CO浓度下降为零时 y-0.000038x20.00117785x-0.00088496 -0.000038x20.00117785x-0.000884960 则x1 0091采空区气体浓度变化情况一览表 距离/ m O2 / N2 / CO/ CO2 / CH4 / 0 20.6 78 0 0.2 0.1 1.8 19.6 79 0.0009 0.59 0.18 3.6 18.2 79.7 0.0014 0.49 0.21 5.4 17.8 82.1 0.002 0.58 0.25 7.2 17 81.1 0.0026 0.6 0.3 9 16.1 79.8 0.0035 0.61 0.54 10.8 15.6 81.2 0.0064 0.55 0.46 12.6 15.2 81.6 0.0093 0.54 0.36 14.4 14.6 81.4 0.011 0.56 0.41 16.2 13.8 81 0.012 0.56 0.38 18 12.4 81.2 0.0095 0.58 0.44 19.8 11.5 78.7 0.0076 0.48 0.46 21.6 10.1 80.5 0.0057 0.52 0.32 23.4 9 82.6 0.0032 0.63 0.42 25.2 8.5 83 0.0019 0.63 0.39 27 7.6 78.6 0.001 0.56 0.54 28.8 6.7 80.2 0.0005 0.71 0.48 30.6 6.6 81.1 0 0.66 0.45 32.4 6 80.6 0 0.65 0.47 3 采空区气体成分变化规律分析 3.1 采空区O2浓度分析 由于煤层顶板为松软岩层,采空区垮落时,冒落的顶板压实程度较好,采空区漏风较少,工作面推进9～13m后,O2浓度就迅速减少。各测点在距工作面采空区切顶线超过32m后,O2浓度都下降到7以下。 根据我公司具体的气体成分及参考国内外的划分依据,我公司煤矿9煤层采空区氧化“三带”及、以O2浓度为标准划分,其浓度值分别为不燃带18；自燃带7～18；窒息带27m为窒息带。 1不燃带的宽度与停留时间较小,0091工作面日推进度为3.6 m,即工作面推进一班后,采空区进入了自燃带范围。 2自燃带的宽度为25.2m,在这一宽度范围内, O2浓度为7～18,属于煤炭易燃区域。 3.2采空区CO浓度实测分析 CO的浓度分布,符合采空区“三带”的测试结果。各测点在距工作面采空区切顶线13 m与14 m处时,均出现一个氧化波峰,有明显的煤炭氧化现象发生,超过27 m以后CO浓度逐渐趋于正常。由此可见,采空区煤炭氧化最剧烈的区域为距工作面采空区切顶线13～27 m的范围内,且14 m左右比较严重。 4 结 论 根据我公司煤矿9煤层采空区气体成分变化规律的实测分析可以得出以下结论 10091综放工作面采空区自燃“三带”的范围为不燃带0～1.８m,自燃带1.８～27 m,窒息带27m。 2我公司可以根据这一规律较有效控制采空区自燃发火隐患。 3从采空区各种气体分析可以得知,各侧点在距工作面13～15 m处,气体都出现波峰,说明在此附近,有自热氧化的发生。 4我公司9煤层综放工作面月推进度约90m，因发火期为2个月，两个月时间已经推进180m，因此说如果正常推采采空区不会发生自燃。 5影响工作面自燃发火的主要因素是推进速度和采空区的自燃风速分布。 5 效果 通过束管监测9煤层采空区气体成分的变化情况，得出我公司9煤层“自燃三带”的参数，对防止采空区煤炭自燃非常有参考价值。 确定煤层采空区“窒息带”，我们可以采取针对性的防灭火措施，从而终止长期以来的预防性灌浆及采空区注氮的措施，止在工作面停采或遇构造时再采取针对性措施处理，从而节约了大量的人力、物力及材料。 “窒息带”的确定，对自燃煤层的防灭火工作具有很好的推广价值，只要合理控制推采速度，在正常情况下防止采空区煤炭自燃非常有使用价值。 参考文献 [1] 褚廷湘,杨胜强,于宝海,张再融,付永杰,王少东. 实测采空区温度和气体成分的自然发火“三带”范围确定[J]煤矿安全, 2008,10 . [2] 褚廷湘,杨胜强,于宝海,张再融,付永杰,王少东. 煤矿采空区温度和气体成分自然发火“三带”的研究[J]矿业快报, 2008,09 . [3] 王亮 ,张人伟 ,裴晓东 ,李莉. 综放工作面采空区自燃“三带”的试验研究[J]煤矿现代化, 2005,05 . [4] 褚廷湘,杨胜强,于宝海,黄金,徐全. 近距离煤层综放工作面采空区自然发火防治[J]煤炭科学技术, 2008,11