采面采空區漏風對遺煤自燃影響的分析

吳玉才

【摘 要】 文章針對采空區漏風引發遺煤自燃進而造成礦井火災的問題，采用理論分析和現場實測的方法，研究了莒山煤礦ZF150301工作面采空區自燃“三帶”分布情況，以及漏風量變化對CO含量變化的影響，間接得出了采空區漏風對遺煤自燃傾向的影響變化。研究結果表明：1.U型通風方式下，采空區漏風的主要來源在下隅角附近，具體是從進風巷向工作面方向0～23m左右;2.進一步加強對工作面上、下隅角的堵漏管理，有助于減少漏風。為進一步加強通風管理，科學防治采空區遺煤自燃提供依據。

【關鍵詞】 采空區;礦井通風;漏風;煤自燃;自燃“三帶”

1引言

采空區遺煤自燃，對煤礦井下人員生命及生產安全有著嚴重威脅。而采空區漏風是造成遺煤自燃的主要原因。目前針對采空區漏風形成的遺煤自燃問題，國內外諸多學者做了大量研究，秦汝祥等用SF6示蹤氣體在工作面下隅角處進行釋放，回風巷處收集，測定了Y型通風系統的漏風情況，得到漏風匯的位置及漏風風速分布范圍;儲方健等研究了礦井存在兩個漏風源的情況，在兩個漏風源處分別釋放CF2ClBr、SF6兩種示蹤指標氣體，最終得到漏風通道及漏風量范圍;楊勇等根據礦井漏風類型的不同，選擇不同的測漏風的氣體，設置相應的釋放點和取樣點，最終成功地分析出礦井漏風的一些規律，能更好地采取一些防漏風措施，保障了安全生產;李韞化對U型通風系統采空區煤自燃情況及漏風流場進行研究，結果表明采空區中的漏風包括上隅角影響區、下隅角煤柱邊緣漏風區、架后重點漏風影響區三個特征區域，就自燃危險性而言，上隅角漏風最嚴重。但均未能利用科學儀器通過直接測定煤炭自燃產出氣體的濃度來預判遺煤自燃傾向性，而本文采用埋管定位直接測定O2、CO濃度的方法，較為直觀地反映采空區遺煤自燃傾向性彌補了上述不足。本文以莒山煤礦ZF150301工作面為研究對象，通過先行測定自燃“三帶”分布，再通過實驗探究得出采空區漏風對遺煤自燃的影響。

2采空區遺煤自燃“三帶”的劃定

2.1測定原理

根據現有理論，采空區自燃“三帶”的區分主要以判定遺煤是否發生自燃或自燃可能性為主，判定指標主要有O2、CO的濃度。以上兩氣體濃度的測定方法依靠采空區束管進行，通過預先埋設在采空區的埋管，可實現隨時抽樣采集，然后通過色譜儀實驗室分析，確定具體點位兩氣體濃度。為保證實測數據準確度，在進、回風巷各埋設1路束管，每隔約30m布置一個測點（若采樣點氧氣濃度≥5%且一氧化碳濃度有上升趨勢，則根據實際情況，加大兩取樣點密度），上下順槽同時觀測，束管測點布置如圖1所示。

沿工作面傾斜方向，布置采樣點5個，回風側起依次編號為1#～5#，隨著工作面推進，持續測定采空區相應點位的O2、CO氣體濃度，為判定“三帶”獲取基礎數據，見表1、表2。

根據表1，進風巷一側的O2濃度均大于回風巷側，沿工作面向采空區方向，氧氣濃度逐漸衰減，且回風巷側衰減速度更快，可知回風巷側的沿空留巷及相鄰采空區對工作面采空區O2濃度有增大影響。

根據表2，沿風流方向的各測點CO最大值的出現速度放緩，且最大值呈減小趨勢，說明沿空留巷和相鄰采空區對遺煤自燃程度存在影響。

2.2“三帶”劃定

根據表1、表2中O2、CO兩種氣體濃度變化，O2濃度降低的同時CO濃度上升，說明該區域進入氧化帶的可能性大，依次為判定依據，150301工作面采空區自燃“三帶”數值區域見表3。

當前，自燃“三帶”的劃定，國內外學者沒有統一的標準，主要原因是影響遺煤自燃的因素千差萬別，且不同煤礦的遺煤堆放環境大有不同，漏風因素、遺煤厚度、濕度等條件相差較大，無法形成統一標準。根據多數實踐經驗，“三帶”劃定主要參考O2、CO兩種氣體濃度變化。CO氣體濃度迅速增大，O2濃度急速降低時，表明氧化反應增強，該區域屬于可能自燃帶;反之，則表明氧化反應減弱，該區域屬于窒息帶。依次為判定依據，根據表3，劃定自燃“三帶”示意如圖2。

3采空區漏風對遺煤自燃的影響

3.1漏風原因分析

礦井采空區漏風會對自燃“三帶”劃分成果下的科學管理造成較大影響，會造成采空區風流紊亂、風壓分布不均等情況，進而造成遺煤自燃。

相鄰礦井形成漏風通道。礦井間漏風大多原因是因為管理上的不規范，造成相鄰礦井形成風流通道，對通風系統造成損害，進而引起采空區遺煤自燃。

地表裂隙形成漏風。此種情況是最為常見的外部漏風原因，主要發生在煤層賦存較淺地區，氧氣由裂隙進入負壓較低的采空區，引起自燃。

通風構筑物損壞造成漏風。井下風門、隔離墻等構筑物在一定程度上阻止了風流向采空區移動，一旦破壞，便會形成漏風通道，導致漏風。

煤柱裂隙引發漏風。煤柱在兩側采動影響下，造成壓裂、裂隙發育，發育的裂隙形成了漏風通道，尤其在相鄰采空區形成的漏風通道，更加危險。

底板巷與采空區間巖層松動引發漏風。在局部高應力的作用下，采空區下方的底板巷道容易形成裂隙發育，進而形成漏風通道，造成遺煤自燃。

3.2漏風量與CO濃度關系分析

為進一步研究莒山煤礦采空區漏風對遺煤自燃的影響，在測點不變的情況下，控制現場風量變化，間接控制漏風量，同步監測各測點CO濃度變化數據，得出漏風量與CO濃度間的關系曲線，如圖3所示。

由圖3可知，工作面采空區CO濃度隨著漏風量變化呈現出先增后減趨勢。當漏風量處在較低水平（小于40m3·min-1）時，采空區CO濃度緊隨漏風量增加而增大，此時，漏風為遺煤自燃提供了更加充足的氧氣，加速了自燃進程。但是，當漏風量增大到一定程度（大于40m3·min-1）時，CO濃度卻逐漸呈現降低趨勢，說明漏出的風量足夠對CO起到稀釋作用，反而引起濃度降低;或是因遺煤自然發火期較長，漏風風流暫時未能造成遺煤自燃。因此，為了減少CO產出，有效預防采空區遺煤自燃，必須因礦制宜地根據實際情況，采用針對性措施，嚴格控制井下采空區漏風范圍。

4結論

經過理論分析與現場實測，對莒山煤礦150301工作面漏風情況作了詳細分析，對采空區遺煤自燃“三帶”進行了劃定。

U型通風方式下，采空區漏風的主要來源在下隅角附近，具體是在進風巷向工作面方向0～23m左右。

進一步加強對工作面上、下隅角的堵漏管理，有助于減少漏風，對做好遺煤自燃防控有重要意義。

【參考文獻】

[1]張.工作面通風系統優化與堵漏風技術分析[J].山西能源學院學報，2018，31（3）：47-49.

[2]孟全福.對西坪礦49415工作面出現CO的分析[J].山西能源學院學報，2017，30（1）：63-64.

[3]王偉東，王偉，李鵬，等.淺埋深高瓦斯工作面瓦斯抽放對采空區自燃“三帶”的影響研究[J].煤礦安全，2020，51（1）：181-186.

[4]朱海魚，武振國，宋宜猛，等.瓦斯抽放條件下采空區漏風供氧規律與煤自燃防治技術[J].中國煤炭，2013，39（11）：103-107.

[5]褚廷湘，余明高，楊勝強，等.煤巖裂隙發育誘導采空區漏風及自燃防治研究[J].采礦與安全工程學報，2010，27（1）：87-93.

[6]師吉林，楊貴儒，張立魁，等.易自燃特厚煤層開采礦井漏風分析與實測[J].煤礦安全，2019，50（11）：189-191，195.

[7]李韞華.U型工作面采空區漏風對自然發火的影響[J].西安科技大學學報，2015，35（1）：32-37.

[8]王海平，馬占彪.采空區漏風對長壁工作面自燃發火的影響[J].山西煤炭，2004（3）：17-18.

[9]王東江，楊勝強，劉松，等.采空區漏風對煤自燃危險性的影響[J].煤礦安全，2011，42（5）：129-132.

[10]文虎，趙陽，肖，等.深井綜放采空區漏風流場數值模擬及自燃危險區域劃分[J].煤礦安全，2011，42（9）：12-15.