束管監(jiān)測系統(tǒng)對采空區(qū)“三帶”劃分的研究與應(yīng)用

張軍弟

摘 要：在煤礦的安全生產(chǎn)中，經(jīng)常會發(fā)生煤層自燃現(xiàn)象，這嚴重影響了煤礦的安全生產(chǎn)和正常運轉(zhuǎn)。本章介紹了利用束管監(jiān)測系統(tǒng)劃分采空區(qū)“三帶”對合理調(diào)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(fā)火具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：束管監(jiān)測；氧化；“三帶”劃分

煤礦的采空區(qū)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(zāi)和瓦斯爆炸等事故的發(fā)生，給煤礦的財產(chǎn)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(qū)煤炭的低溫氧化規(guī)律研究，特別是采煤工作面采空區(qū)煤的氧化規(guī)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(jīng)各種鑒定得出結(jié)論：各個煤層都有自燃發(fā)火的可能性，而且發(fā)火期為3—9個月。二層煤最短發(fā)火期為60天，礦井各煤層煤塵也都經(jīng)鑒定得出結(jié)論：都有爆炸的可能性。煤塵爆炸指數(shù)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(qū)+532水平二層煤下山下口以南673m，上部位于35區(qū)+600水平35區(qū)4#運輸石門以南345m。預(yù)計停采線下部位于43區(qū)+532水平1#石門以南65m。上部位于43區(qū)+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(fā)火期為3—9個月，煤塵爆炸指數(shù)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(qū)氣體成分變化規(guī)律測定

（一）測點的布置

工作面自然氧化“三帶”現(xiàn)場實測方案采用沿回順向采空區(qū)布點的測定方案，采空區(qū)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(shù)據(jù)，如有異常，則根據(jù)具體情況調(diào)整測試周期。通過束管系統(tǒng)直接抽取采空區(qū)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(qū)氣體成分變化規(guī)律分析

（一）采空區(qū)O2濃度分析

采空區(qū)O2濃度實測結(jié)果如表1所示。

由于4321工作面開采范圍內(nèi)煤巖層中斷層、裂隙、小褶曲發(fā)育。煤、巖層受擠壓嚴重，煤、巖層破碎，頂板壓力顯現(xiàn)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(qū)漏風較大，氧氣濃度逐漸降低。繼續(xù)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(qū)域。

根據(jù)二采區(qū)具體的氣體成分及參考國內(nèi)外的劃分依據(jù)，金能公司二采區(qū)采空區(qū)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(jù)采空區(qū)O2濃度的分析，工作面采空區(qū)“三帶”的范圍應(yīng)是從工作面向采空區(qū)的距離：不燃帶0～50，自燃帶50～130m，窒息帶>130m。

（二）采空區(qū)CO濃度實測分析

實測結(jié)果表明：CO的濃度分布，與采空區(qū)“三帶”的測試結(jié)論一致。

（三）采空區(qū)其他氣體實測分析

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

（四）結(jié)論

根據(jù)采空區(qū)氣體成分變化規(guī)律可知：1）工作面采空區(qū)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(xiàn)波峰，說明在此范圍內(nèi)，有自熱養(yǎng)護的發(fā)生。3）工作面月進度>130m不會發(fā)生自燃，因為最短發(fā)火期為89天。4）由于該工作面實施了采空區(qū)上隅角瓦斯抽放，采空區(qū)漏風大，對該工作面“三帶”有一定影響。5）影響工作面自然發(fā)火的主要因素是推進速度及采空區(qū)漏風的大小。

參考文獻：

[1]陸偉，李金亮，王開勝，馬漢鵬，葉正亮.煤自燃預(yù)測預(yù)報的正壓束管監(jiān)測方法研究[J].煤炭科學技術(shù)，2015（10）.

[2]李應(yīng)輝，葛新玉.防治孤島工作面采空區(qū)自然發(fā)火措施研究[J].能源技術(shù)與管理，2012（04）.

[3]白星磊.孤島工作面采空區(qū)自然發(fā)火防治措施[J].煤礦安全，2012（02）.