束管系統在采空區自燃規律研究中的應用①

劉樹弟 劉 濤

(開灤(集團)有限責任公司,河北唐山 063018)

束管系統在采空區自燃規律研究中的應用①

劉樹弟②劉 濤

(開灤(集團)有限責任公司,河北唐山 063018)

林南倉礦所采各煤層均屬于自燃煤層。放頂煤開采采空區遺煤較多,加之漏風通道較多易造成采空區遺煤發生自燃。利用束管系統對1226采空區氣體成分進行了測定分析,得出了該工作面采空區煤炭自燃的發火規律,為合理選擇預防采空區煤炭自燃的措施提供了科學的理論依據。

輕放工作面;煤炭自燃;束管系統;采空區三帶

開灤林南倉礦業分公司為低瓦斯礦井,采用中央邊界式通風方式,抽出式通風方法,煤塵具有爆炸性,各煤層均屬自然發火煤層,煤12自然發火期較短,僅有2個月。林南倉礦業分公司采用綜放技術,此回采技術采空區遺煤多,容易發生煤炭自燃事故,為充分了解自然煤層采空區氧化分布規律,保證輕放工作面的回采安全,利用束管監測系統對西二小采區1226回采工作面進行了氧化規律分布分析研究。

1 1226回采工作面概述

該采面位于-400水平,西二小采區12槽煤層,東為西二小煤12西正眼,西距1228E采空區266m,北距1225底采空區4～6m,其余部位無工程。工作面走向長269～278m,平均273.5m;傾斜長39.4～84m,平均66m。工作面標高-248.78.1～-266.40m。煤層傾角：1°～21°,平均14°,煤層厚度1.3～5.2m,平均厚5.0m。可采儲量11.92萬t。煤塵爆炸指數：43.68%,具有較強的爆炸性。自然發火期：2個月。采面通風采用“U”型通風,采面實際配風量為8.5m3/s。

采煤方法為走向長壁后退式,一次采全厚綜合機械化輕型放頂煤采煤法。采高2.2m,放煤2.8m,采放比為1∶1.27。頂板管理方法為全部垮落法。

2 測點布置

2.1 測定依據

測點的布置與分析測試方案采用沿工作面傾向全線布點的測定方法,采用KSS-200束管系統為現場實測手段,以氣相色譜分析采空區氣體成分為理論依據。測試分析成分為：CO、CO2、O2、N2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2。

2.2 測點布置

采用2根5芯束管用鋼管作保護骨架設計形成束管監測主線路。在采空區切頂線處線路上設計5個測點,測點位置,C1、C5分別距上口和下口5m處,其余測點均分,各測點間距17.5m。在每個測點上設計2根單芯監測束管,一根正常監測,另一根備用或進行比較使用。為保證檢測的順利,采取了相應的保護措施。在1226上風設計一個環境良好的位置,安裝一個分路箱,安裝放水器,并且給每個監測束管上安裝溫度探針。束管監測設計方案布置見圖1。

圖1 束管系統測點設計方案布置圖

3 測試結果分析

1226回采工作面開采時間為7月4日,測點位置距采面開切眼40m。測試時間為7月25日～8月25日,觀測長度為100m。

3.1 O2實測分析

測點C3和C4在進入采空區12m后O2濃度就降到了18%以下,其他測點O2濃度依然在18%以上,測點C1和C2在進入采空區50m后O2濃度降到了18%以下,測點C5在進入采空區60米后O2濃度降到了18%以下;測點C3和C4在進入采空區100m后O2濃度就降到了6%以下,其他測點O2濃度依然在6%～18%之間。根據數據顯示趨勢分析沿傾向采空區中部迅速進入了自燃區,而靠近上、下順槽的采空區內卻分別在進入采空區50m和60m處進入了自燃區,符合采動裂隙“O”形圈理論。即煤層開采后的上覆巖層中形成兩類裂隙：一類為離層裂隙,另一類為豎向破斷裂隙。離層裂隙分布呈現兩階段特征：第一階段從開切眼開始,隨著工作面推進,離層裂隙不斷增大,采空區中部離層裂隙最發育;第二階段采空區中部離層裂隙趨于壓實,離層率下降,而采空區兩側離層裂隙仍能保持。在頂板任意高度的水平內,在第二階段時,位于采空區中部的離層裂隙基本被壓實,而在采空區四周存在一連通的離層裂隙發育區,其形狀與老頂的“O-X”形破斷邊界相似,稱之為采動裂隙“O”形圈。各測點隨時間變化的O2濃度值見表1和圖2。

表1 各測點O2濃度統計表(%)

圖2 測點O2濃度統計圖(圖中B、C、D、E、F各曲線分布代表C1～C5各測點的數據變化,下同)

3.2 CO實測分析

測點C3和C4在進入采空區12m后CO濃度就開始顯現,證明此處已經開始氧化,直到監測試驗結束測點C3和C4的CO濃度才逐步趨于為零,證明測點位置已進入窒息帶。其他測點CO濃度自始至終基本上沒有顯現,主要原因是這些測點位于采空區四周連通的離層裂隙發育區,這一區域自采面下順槽向采空區漏風較大,氧化熱量被及時帶走不至于氧化形成指標性氣體CO。各測點隨時間變化的CO濃度值見表2和圖3。

表2 各測點CO濃度統計表(%)

圖3 各測點CO濃度統計圖

3.3 其他氣體成分分析

根據研究,在林南倉井下只有煤溫上升到110℃以上時,才會出現C2H4氣體。1226采空區各測點均未出現C2H4氣體,證明采空區內沒有監測到溫度上升到110℃以上的區域。

3.4 采空區氧化分布規律

通過對1226采空區內的氣體分析,結合采動裂隙“O”形圈理論,1226輕放工作面采空區煤炭自燃可分為：散熱帶、自燃帶和窒息帶。其中散熱帶在工作面中部的寬度為12m左右,自燃帶在工作面中部的寬度為90m左右,其后為窒息帶。其分布如圖4所示。

圖4 1226工作面采空區三帶分布圖

4 結論

1226回采工作面走向長度和傾向長度均較短,圍巖封閉嚴密,且推采速度較快,研究采空區氧化規律具有典型性。通過采用束管系統測試采空區各種氣體變化,劃分了1226工作面的“三帶”分布,該工作面采空區氧化規律的研究結果符合采動裂隙“O”形圈理論。本次研究工作為1226工作面及林南倉礦其它工作面的安全開采奠定了基礎。

[1] 張國樞.通風安全學[M].徐州：中國礦業大學出版社,2004

[2] 張國樞,戴廣龍.煤炭自燃理論與防治實踐[M].北京：煤炭工業出版社,2002

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The Use of Beam TubeM on itoring andM easuring System in the Study on Spontaneous Combustion

L IU Shudi,L IU Tao

(Kailuan Group Crop.Ltd.,Tangshan Hebei 063018)

Every coal seam of Linnancang coal mine belongs to the spontaneous combustion coal seam.The use of top caving miningmethod leftmuch coal in the gob area.Because there are multi air leakage channels,spontaneous combustion is ofen occurred.In order to strengthen fireproofingmanagement and understand the naturaloxidation of the gob area,the beam tubemonitoring and measuring system was used to observe the air contents of 1226 working face.The spontaneous combustion rule in gob area was gotten.·It can be used to guide the production ofLinnancang coalmine.

lightly equipped top coal caving longwall faces;beam tube monitoring and measuring system;spontaneous combustion;three cuts of goaf

TD 75+2.1

A

1672-7169(2011)02-0055-04

2011-02-22

劉樹弟(1966-),男,河北饒陽縣人,高級工程師,開灤(集團)有限責任公司技術管理部副主任。