万利一矿采空区自燃“三带”分布规律研究

万利一矿采空区自燃“三带”分布规律研究
刘玉良
【摘要】通过对万利一矿31303大采高综采工作面采空区氧气浓度进行现场埋管观测,得到了其与工作面推进的变化规律.依据采空区“三带”划分的方法确定了31303工作面采空区自燃“三带”的范围,并根据采空区自燃带范围及浮煤最短自燃发火期确定了工作面的安全推进速度.同时,制定了合理的综合防灭火方法,保证了工作面的安全回采.
【期刊名称】《煤》
【年(卷),期】2013(022)012
【总页数】3页(P5-6,11)
【关键词】万利一矿;自燃“三带”;分布规律
【作者】刘玉良
【作者单位】神华集团神东煤炭公司万利一矿,内蒙古鄂尔多斯017000
【正文语种】中文
【中图分类】TD75
煤炭自燃是矿井重要灾害之一，是威胁煤矿安全生产的重大隐患。

浅埋煤层由于顶板裂隙直通地表，导致采空区漏风较为严重，采空区遗留煤炭更易自燃，工作面回采受到煤自燃的严重威胁[1－3]。

目前对大埋深煤层工作面的自燃三带研究较多[4－6]，而对浅埋煤层采空区自燃三带的研究较少。

本文通过对万利一矿31303工
作面自燃“三带”分布规律的实测研究，为浅埋煤层工作面确定合理的防灭火工艺提供了依据，能有效地指导工作面的安全生产。

1 工作面概况
31303工作面位于三盘区，工作面东为31煤三盘区胶、辅运大巷，南临井田边界，北为31304工作面。

工作面埋深125～180m。

工作面倾斜长度350.5m，走向长度2128m，所采的31煤平均厚4.8m，煤层赋存稳定，倾角1.5°，采用一次采全高大采高开采。

煤层容易自燃，且煤尘具有爆炸性。

工作面直接顶为1.2～2.2m
的泥岩和粉砂岩，泥质结构，水平纹理明显。

老顶为10.4～15.8m的粉、细粒砂岩，粉砂质结构，具水平层理及小波状层理。

直接底和老底分别为0.48～0.71m
的泥岩和7.2～8.0m的粉砂岩。

根据工作面矿压观测，工作面周期来压步距为
9.5～12.9m，来压持续5.2～6.9m。

2 测试系统与结果
2.1 测试系统布置
采用现场埋管(束管采样器)，通过束管抽取采空区气样，送入气相色谱仪分析，得出采空区各种气体浓度变化规律，从而分析采空区自热变化与分布规律，确定综采工作面易自燃区域的分布范围。

在进风、回风巷各布置两个采样点，采样点间相距50m;为了防止采样束管进入采空区后被冒落岩石砸断，将束管插入直径为50.8mm的钢管作保护套管，束管和50.8mm保护套管敷设长度为200m左右;在束管端头安设抽气泵作为气体采集的工具，各测点设置位置如图1所示。

1号测点:设置在辅运巷(进风巷)工作面推进517m处，待该点进入采空区时进行采气观察;2号测点:设置在1号测点前50m处，观察时间同上;3号测点:设置胶带巷(回风巷)工作面推进533m处，待该点进入采
空区时进行采气观察;4号测点:设置在3号测点前500m处，观察时间同上。

图1 测点布置示意
为了防止预设气体取样管被采空区冒落的煤岩砸坏，需要在回采工作面以及铺设导线的巷道内设置保护套管，将气体取样管设于保护套管内。

采样点的保护采用前端带花管的50.8mm的钢管短接保护，短接长度为40cm，前端25cm制作为花管
形式;为防止取气时抽入保护套管内气体，束管和套管之间采用胶泥密封，如图2
所示。

图2 直通套管
2.2 观测结果分析
煤炭自燃的决定性因素是氧气浓度的供给，根据氧气浓度划分采空区自燃“三带”得到了较广泛的认可。

根据氧气浓度划分采空区“三带”是目前最常用的方法，相关的指标参数如下:散热带:O2＞18%;自燃带:18%≥O2≥8%;窒息带:O2＜8%。

2012年7月9日至7月31日对万利一矿31303综采面采空区煤炭自燃“三带”进行了实测。

由于所测采空区其他气体浓度非常低，对研究自燃“三带”影响不大，故只分析氧气浓度的变化情况。

测试四个点中有三个点的数据比较准确，现选择其中两组数据并以此数据分析采空区三带范围。

通过束管抽检，得到采空区内氧气浓度随工作面推进距离的变化曲线，如图3所示。

由图3可知工作面推进后，采空区氧气浓度随工作面推进距离的增加而减小，对
于胶运测点，工作面推进10m后氧气浓度就迅速减少，而对于辅运测点，由于漏风量较大及其他因素影响，工作面推进135m后氧气浓度才开始缓慢下降。

图3 氧气浓度变化规律
胶带巷测点氧气浓度随工作面的推进下降较快，进入采空区深部17.2m时，氧气
浓度就已经下降到了18%。

当深入采空区100m时氧气浓度降到8%以下，进入
了窒息带。

这主要是因为胶运侧的漏风强度低，再加上采空区中部顶板垮落较好，压实程度较高，采空区进风侧风流不易扩散至回风侧，使得该区域的氧气浓度迅速
下降。

以氧气浓度18%作为不自燃带与自燃带的分界线时，辅运巷附近自燃带的范围为37m，而胶带巷不自燃带的范围为37m。

在工作面后方160m以后，两测点氧气浓度都下降到8%以下，进入窒息带。

两测点进入惰化区域的顺序为辅运158m左右，胶运测点100m左右，这一规律与采空区漏风流场分布相符。

根据以上分析结果可以得到工作面采空区自燃“三带”范围如表1所示。

表1 采空区自燃“三带”范围位置不自燃带/m 自燃带/m 窒息带/m辅运＜37 37～158 ＞158胶运＜8 8～100 ＞100
根据采空区“三带”的实测范围可知:不自燃带的宽度与停留时间较小，31303工作面推进度为4.32m/d，即工作面推进4～6d后，采空区就进入了自燃带范围;自燃带的宽度为辅运37～158m，胶运8～100m，自燃带宽度较长，对采空区自燃的防治工作不利。

2.3 安全推进速度的确定
采用实验室测试方法得到万利一矿31煤的自燃发火期为28d，则综采工作面的安全推进度可用以下公式计算:
式中:vmin为工作面安全(最小)推进度，m/d;Lmax为工作面采空区自燃带最大宽度，根据实测结果取158m;tmin为浮煤的最短自燃发火期，25d。

带入上述数据，得到工作面的安全(最小)推进速度为 5.64m/d。

3 结语
1)根据采空区氧气浓度随工作面推进的变化规律，得到万利一矿31303综采工作面采空区自燃“三带”的范围为:辅运巷不自燃带为37m，自燃带为37～158m，大于158m的范围为窒息带;而胶带巷上述三带的范围分别为8m，8～100m和大于100m。

2)在绝热氧化实验和微观反应规律的基础上，实验室测定31煤的自燃发火期为28d，结合采空区三带测试分布范围，得出万利一矿31煤层的安全推进速度为5.64m/d。

3)以采空区“三带”测试数据为基础，结合万利一矿实际条件，提出了正常回采时期上下端头及高冒区喷注无机固化泡沫，采空区灌注高倍惰气阻化泡沫为主要防火手段;漏风严重、回采缓慢等自燃危险严重时期以三相泡沫防灭火手段作为补充;同时堵塞地表裂隙和旁路注氮相结合的综合防灭火方法，取得了较好的效果。

参考文献:
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