采煤工作面采空區(qū)自燃“三帶”分布實測研究

閆 宇

（山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

1 引言

在工作面開采過程中不能準確掌握氧化帶寬度，注氮步距過大或過小，注氮效果不明顯，工作面推進度不合理，增加了采空區(qū)自然發(fā)火的概率。自燃的發(fā)生與采空區(qū)氣體組分分布和溫度的變化密切相關(guān)。因此，為有針對性地進行自然發(fā)火治理，必須對采空區(qū)自燃“三帶”進行研究劃分。本文采用氧濃度和溫度的雙重指標分析采空區(qū)自燃“三帶”，力求“三帶”劃分更為準確合理。

2 工作面概況

山西汾西瑞泰井礦正珠煤業(yè)有限公司11502工作面位于井田西南部，屬于一采區(qū)，東側(cè)為11501工作面（正回采），西側(cè)為15#煤層實煤區(qū)，南側(cè)為井田技術(shù)邊界，北側(cè)為一采區(qū)回風下山。地表大部分為退耕還林的山地，少部分為山溝中的小塊農(nóng)田，在工作面切割巷附近有一蘆葦溝，無村莊和地表水體。

11502工作面標高約為+912m～ +1008m，埋藏深度450m，上下煤層均為非可采煤層，采煤工作面回采走向長度為1452m，傾斜長160m，面積196400m2。煤層厚度5.6～5.9m，平均厚度5.6m。煤層傾角8～14°，平均11°。煤塵具有爆炸性，屬于II類自燃煤層。與鄰近工作面留設(shè)煤柱寬度為38m，工作面采用一次采全高的采煤方法，采用全部垮落法管理頂板。

3 采空區(qū)“三帶”實測研究

3.1 采空區(qū)“三帶”現(xiàn)場測試

2017年12月18日對11502采空區(qū)進行了測試束管和測溫導(dǎo)線的鋪設(shè)工作，采用進回風順槽同時布置測點方式，每側(cè)布置3個測點，具體鋪設(shè)情況見圖1所示。

圖1 測點布置示意圖

3.2 測試內(nèi)容

井下實際觀測的主要內(nèi)容有氧氣、氮氣、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔和溫度等參數(shù)，具體的取樣方法如下：

（1）根據(jù)工作面的具體推進速度，每班對束管采樣和測定溫度1次；

（2）在采樣前，應(yīng)先連接好抽氣泵，然后將管內(nèi)的氣體預(yù)抽5min左右，再將取樣球膽連接在抽氣泵上進行取樣，直到球膽被充滿為止；

（3）用便攜式氣體分析儀測定氣樣中的氧氣濃度，并與上幾次采樣的分析結(jié)果進行對比。如果氣樣濃度值有突變，特別是濃度有較大幅度的上升時，應(yīng)及時分析并查找原因，以免因氣路故障影響氣樣的真實性；

（4）各路氣樣采集完畢后，分別測定各路測點的溫度，做好記錄。溫度測值同樣要與前幾次的測值進行比較，以便于及時發(fā)現(xiàn)故障；

（5）一次測試完成后，準確記錄工作面的采位，并做好相應(yīng)記錄。

3.3 “三帶”觀測結(jié)果分析

2017年12月19日至2018年4月17日，對11502工作面采空區(qū)進行了“三帶”溫度及采空區(qū)氣體實測。

根據(jù)采空區(qū)“三帶”實測數(shù)據(jù)可以得出：

（1）采空區(qū)氧濃度分析。根據(jù)進風側(cè)（圖2）1、2、3三個測點氧濃度可以得到11502工作面采空區(qū)“三帶”的范圍應(yīng)是從工作面后溜子向采空區(qū)的距離，分別為：散熱帶寬度0～29m；氧化帶寬度29～78.5m；窒息帶為大于78.5m。回風側(cè)（圖3）4、5、6三個測點氧濃度受上隅角抽采影響，“三帶”總體分布規(guī)律仍與進風側(cè)相同，但散熱帶、氧化帶、窒息帶寬度都相應(yīng)增加，因此在計算工作面最小推進速度時根據(jù)4、5、6三個測點實測的氧濃度值，應(yīng)選取1.2安全系數(shù)。“三帶”分布如圖4所示。

圖2 進風側(cè)各測點氧氣濃度變化規(guī)律圖

圖3 回風側(cè)各測點氧氣濃度變化規(guī)律圖

圖4 采空區(qū)“三帶”分布示意圖

（2）溫度變化規(guī)律分析。從溫度曲線（圖5和圖6）可以看出，進風側(cè)1號測點在埋入采空區(qū)29m處出現(xiàn)溫度上升，最高溫度達24℃，說明該點進入氧化帶，當該點埋入采空區(qū)82.5m后溫度開始下降，該點進入窒息帶；2號測點在埋入采空區(qū)38.3m處（扣除1、2號測點18m間距，實際埋入采空區(qū)20.3m）出現(xiàn)溫度上升，說明該點進入氧化帶；3號測點在埋入采空區(qū)63.5m處（扣除1、3號測點36m，實際埋入采空區(qū)27.5m）出現(xiàn)溫度上升，說明該點進入氧化帶。回風側(cè)4、5、6三個測點溫度隨著埋入采空區(qū)距離增加也都出現(xiàn)了升溫過程，先后進入氧化帶，總體趨勢與進風側(cè)相同。各點溫度變化規(guī)律如圖5和圖6所示。

圖5 進風側(cè)各測點溫度變化規(guī)律圖

圖6 回風側(cè)各測點溫度變化規(guī)律圖

4 結(jié)語

根據(jù)11502工作面采空區(qū)溫度及氣體成分變化實測分析可以得出：

（1）11502工作面采空區(qū)“三帶”的范圍（距工作面后溜子距離）為：① 散熱帶＜29m；② 氧化帶29～78.5m；③ 窒息帶＞78.5m。

（2）采空區(qū)為標準的“一源一匯”漏風形式，進風側(cè)采空區(qū)漏風范圍要大，即采空區(qū)回風側(cè)惰化區(qū)要比進風側(cè)早。

（3）對采空區(qū)氣體取樣數(shù)據(jù)分析，當取樣點在距離工作面29～78.5m之間時，一氧化碳濃度的變化趨勢為先上升后下降。通過分析研究，證明該區(qū)域內(nèi)有自然發(fā)火的現(xiàn)象發(fā)生。

（4）從采空區(qū)溫度實測分析可以得知，各測點在工作面的推進過程中，溫度都低于24℃，說明工作面采空區(qū)壓實條件較好，供氧比較微弱，不易自然發(fā)火。

（5）通過對煤層自燃“三帶”的現(xiàn)場實測，可以有效掌握工作面采空區(qū)氣體分布規(guī)律，為確定工作面注氮步距等參數(shù)提供有力依據(jù)，同時優(yōu)化工作面推進度，保證工作面安全生產(chǎn)。