束管監測系統對采空區“三帶”劃分的研究與應用

張軍弟

摘 要：在煤礦的安全生產中，經常會發生煤層自燃現象，這嚴重影響了煤礦的安全生產和正常運轉。本章介紹了利用束管監測系統劃分采空區“三帶”對合理調整采煤工作面回采推進度，合理確定束管埋管間距，防治煤炭自燃發火具有指導意義。

關鍵詞：束管監測；氧化；“三帶”劃分

煤礦的采空區在具備一定的條件時，就會造成煤炭氧化自燃，嚴重的情況會造成井下火災和瓦斯爆炸等事故的發生，給煤礦的財產和工作人員都帶來很大的安全隱患。鑒于以上情況，加強采空區煤炭的低溫氧化規律研究，特別是采煤工作面采空區煤的氧化規律的研究是十分必要的。

一、礦井概況

石嘴山一礦井田位于卓子山—賀蘭山煤田，石嘴山向斜的東南翼，井田東北部由第Ⅰ勘探線外300m與二礦相鄰，西南至第Ⅶ勘探線，淺部以九層煤露頭為界，深部以二層煤+600m底板等高線為界，井田走向4.34km，傾斜寬1.19km，面積5.18km。

含煤地層為石炭—二迭紀，含可采及局部可采煤層9層，其中可采煤層6層，可采煤層總厚29.4m。煤層傾角16°～35°，淺部傾角較大，深部傾角較緩，為緩傾斜近距離煤層群。按照成煤時代及煤層間距，自然地分上下兩個煤組。礦井六個開采煤層經各種鑒定得出結論：各個煤層都有自燃發火的可能性，而且發火期為3—9個月。二層煤最短發火期為60天，礦井各煤層煤塵也都經鑒定得出結論：都有爆炸的可能性。煤塵爆炸指數40.1%～53.33%。

4321綜采工作面上部回順位置位于+600水平，全長約1500m，下部運順位置位于+532水平，全長約1511.5m。切眼位置下部位于35區+532水平二層煤下山下口以南673m，上部位于35區+600水平35區4#運輸石門以南345m。預計停采線下部位于43區+532水平1#石門以南65m。上部位于43區+600水平4321回撤石門。

走向長1511.5米，傾斜長163米，面積246374.5m，煤層傾角170，煤層厚度2.99m，煤層自燃發火期為3—9個月，煤塵爆炸指數40.72%，瓦斯絕對涌出量0.6 m3/min，采用綜采方式開采。

二、采空區氣體成分變化規律測定

（一）測點的布置

工作面自然氧化“三帶”現場實測方案采用沿回順向采空區布點的測定方案，采空區每隔30米布置1個測點，共布置3個測點。

（二）分析測試

正常情況下每日早班測取一次數據，如有異常，則根據具體情況調整測試周期。通過束管系統直接抽取采空區氣體送入色譜儀分析，同時記錄每日工作面推進度，以便計算測點進入采空距離，測試分析的氣體成分為：O2、CO、CH4、CO2以及C2H2、C2H4、C2H6。

三、采空區氣體成分變化規律分析

（一）采空區O2濃度分析

采空區O2濃度實測結果如表1所示。

由于4321工作面開采范圍內煤巖層中斷層、裂隙、小褶曲發育。煤、巖層受擠壓嚴重，煤、巖層破碎，頂板壓力顯現明顯，煤幫易片幫、直接頂易脫層冒落。當工作面推進60米到80米的時候，由于采空區漏風較大，氧氣濃度逐漸降低。繼續推進到115米以后，氧氣濃度都下降到12%，推進到距離測點130米以后，氧氣濃度都下降到8%以下的窒息濃度而進入自燃惰化區域。

根據二采區具體的氣體成分及參考國內外的劃分依據，金能公司二采區采空區氧化“三帶”及O2濃度為標準劃分，其濃度值分別：不燃帶：>18%；自燃帶：8%～18%；窒息帶：<8%。

根據采空區O2濃度的分析，工作面采空區“三帶”的范圍應是從工作面向采空區的距離：不燃帶0～50，自燃帶50～130m，窒息帶>130m。

（二）采空區CO濃度實測分析

實測結果表明：CO的濃度分布，與采空區“三帶”的測試結論一致。

（三）采空區其他氣體實測分析

對比來看，采空區CO2濃度實測濃度的結論與CO實測分析的結論基本一致，在距工作面采空區50米到130米的范圍內，煤炭氧化最劇烈，濃度也比較高。采空區C2H2、C2H4、C2H6濃度結果均為0。

（四）結論

根據采空區氣體成分變化規律可知：1）工作面采空區自燃“三帶”的范圍：不燃帶0～50，自燃帶50～130m，窒息帶>130m。2）各測點在距工作面50～130m處，氣體出現波峰，說明在此范圍內，有自熱養護的發生。3）工作面月進度>130m不會發生自燃，因為最短發火期為89天。4）由于該工作面實施了采空區上隅角瓦斯抽放，采空區漏風大，對該工作面“三帶”有一定影響。5）影響工作面自然發火的主要因素是推進速度及采空區漏風的大小。

參考文獻：

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