高地溫、高濕度條件下煤層自然發火規律研究

摘 要：為了掌握新安煤礦高地溫、高濕度煤層自然發火規律，對新安煤礦3402工作面煤自燃特性基礎參數及自然發火指標氣體進行了研究，確定了CO作為煤自燃早期預測預報的指標氣體。采用束管監測系統現場對3402綜放面進行煤自燃“三帶”測試，得到了煤自燃“三帶”范圍。

關鍵詞：采空區；指標氣體；自燃“三帶”；氧濃度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.065

0 引言

新安煤礦3煤層為主采煤層，開采深度距地表較深，具有高地溫、高濕度的特點，熱量容易聚集；同時，3煤層大部分工作面采空區綜采放頂煤開采技術，導致采空區遺煤量較大，冒落高度大，漏風嚴重，導致采空區發生煤自燃發火的危險性較大。在該煤層前幾個面的開采過程中，多次出現由于采空區浮煤氧化導致回風隅角CO超限。由于3煤層缺乏對煤自然發火基礎參數的研究，防滅火工作缺乏設計依據，因此，研究3煤層自然發火規律，不僅可以為煤礦現場采空區遺煤自燃的治理提供指導理論，對煤礦現場的防滅火也具有重要的現實意義[1-3]。

1 煤層自然發火指標氣體實驗研究

在礦井的生產中，需對煤自燃進行監測預報，而最直接有效的方法就是對煤自燃的指標氣體進行檢測分析，所謂指標氣體，就是在煤氧化自燃的過程中產生的氣體產物，通過檢測氣體產物的濃度可以預測煤自燃所處的階段，從而采取有效的措施及時的預防煤自燃，避免事故發生。

（1）實驗過程。實驗選取新安煤礦3402工作面的煤作為實驗材料，井下密封并運送到實驗室。實驗時，破碎煤塊，篩選出粒徑處于0.18～0.38mm的煤樣，用電子天平稱取煤樣50g并裝入煤樣罐中，以50ml/min的速度通入空氣，此時保持裝置恒溫，待爐溫達到30℃以后啟動溫度控制系統，以0.8℃/min的速度升溫。

（2）實驗結果分析。根據實驗數據繪出煤氧化產物隨溫度升高的濃度變化曲線，如圖1、圖2所示。

根據圖1、2所示結果，實驗發現CO氣體在煤自燃氧化的過程中是比較敏感的氣體，存在于煤自燃發火的整個階段，而且濃度增加呈現一定的規律性，近似為指數增加，且CO氣體在煤層中的吸附量很小，因此應該選擇CO作為煤自燃發火的標志性氣體。

2 3402綜放采空區“三帶”現場實測

（1）測試系統布置及方案。采用束管監測系統對采空區氣體進行采樣分析，之后將采集到的氣樣送入氣相色譜儀進行分析，得出采空區內各個氣體的濃度及其變化規律，通過氧氣濃度來劃分采空區自燃氧化帶的分布范圍，從而計算并確定工作面回采速度，并制定合理的防滅火技術措施。

（2）測試結果分析。從2016年6月1號，開始對3402綜放面進行煤自燃“三帶”的觀測，以氧氣濃度5%～15%作為氧化自燃帶的劃分依據，得出各測點劃分的煤自燃“三帶”范圍如表1。

（3）安全推進速度的確定。由2.3可知采空區最大氧化自燃帶寬度為，最短發火期為，可以計算出注氮條件下工作面最小推進速度：

式中：vmin—注氮條件下工作面最小推進速度，m/d；

Lm—注氮條件下采空區氧化自燃帶最大寬度，m；

τ —煤層的最短自然發火期，d。

由以上計算可得工作面最小推進速度為2.36m/d，說明工作面推進大于2.36m/d，可以確保工作面安全生產，采空區遺煤不發生自燃。

3 結論

（1）對新安煤礦3煤層的指標氣體進行選擇，對煤在不同溫度下氣體產物進行檢測分析，最后得出最適合作為煤自燃發火的標志性氣體。

（2）計算可得工作面最小推進速度為2.36m/d，工作面的實際推進速度大于計算的最小推進速度，可以確保安全生產。

參考文獻：

[1]張人偉，賀小剛，孫勇等.朱仙莊礦綜放面采空區“三帶”范圍的確定及應用[J].采礦與安全工程學報，2008，25（03）：332-336.

[2]楊勝強，徐全，黃金等.采空區自燃“三帶”微循環及漏風流場數值模擬[J].中國礦業大學學報，2009，38（06）：769-788.

[3]李宗翔，海國治，秦書玉.采空區風流移動規律的數值模擬與可視化顯示[J].煤炭學報，2001，26（01）：76-80.

作者簡介：王龍（1985-），男，山東棗莊人，本科，工程師，研究方向：礦井通風防滅火。endprint