浅埋深煤层长综放面采空区自燃

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煤矿煤炭自燃经常发生的地点有哪些?

煤矿煤炭自燃经常发生的地点有哪些?

煤矿煤炭自燃经常发生的地点有哪些?完整的煤体只能在其表面发生氧化反应,氧化生成的热量少且不易积聚,所以不会自燃。

相反,煤受压时引起煤分子结构的变化,游离基增加;另外,破碎程度越大,氧化表面积就越大,也就越容易自燃。

因此,煤炭自燃经常发生的地点有:1)密闭墙处煤体破碎,漏风供氧好,易自燃;2)综放面“开切眼”顶煤易破碎自燃;3)架棚支护的喷浆巷道顶煤最易发生自燃;4)综放面巷道掘进时的自燃危险性大于生产时期;5)采空区“两道两线”丢煤量大,漏风通道畅,易自燃;6)顺槽锚网支护强度大,采空区两端不易跨落,漏风严重;7)无煤柱开采邻近采空区二次氧化,自燃危险性大;8)综放工作面初采和停采时期的自然发火危险性大;9)顶板工艺巷、瓦斯尾巷形成采空区通风;10)采空区瓦斯抽放增大漏风;11)瓦斯燃烧和爆炸促进煤层火灾的发展;12)浅埋煤层开采形成地表裂隙漏风后,易发生自燃;13)大面积采空区漏风形成的自燃可能引发气体爆炸;14)高瓦斯矿井火区启封或灭火时,危险程度大;15)火区周边采掘活动增加;16)受露头和老空火区入侵影响。

为预防煤炭自燃,可以向有自燃倾向的煤层中注入徐州吉安研发的普瑞特防灭火材料。

普瑞特防灭火材料集凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫、氮气和阻化剂的防灭火优点于一体,特别是继承了泡沫的扩散性能和凝胶良好的固水特性。

一方面,水浆生成泡沫之后,缓慢形成凝胶,能把大量的水固结在凝胶体内,避免了浆液中大量水流失或者溃浆的缺点,大幅度提高了浆水在采空区里的滞留率;另一方面,形成的凝胶能以泡沫为载体对采空区的高、中、低位火源或浮煤大范围全方位的覆盖,且能固结90%以上水分并形成凝胶层,防火时能持久保持煤体湿润并隔绝氧气,灭火时能长久地吸热降温,防止火区复燃。

煤矿防治采空区自燃发火设计方案及措施

煤矿防治采空区自燃发火设计方案及措施

我矿目前处于停工期间,无采面接续情况。

工作面和下列地段有煤层自燃发火的可能:1、二采区为自燃煤层,目前处于封闭状态,密闭封闭不严实,工作面就有可能发生自燃发火。

2、工作面为不易自燃煤层,目前处于封闭状态,采空区不存在自燃发火的可能。

现我矿主采 3 上煤层,自然等级Ⅱ级,属自然煤层,矿井采煤工作面采空区采用以喷洒阻化剂、黄泥灌浆、注凝胶等防灭火方法,以及束管监测预报系统、安全监测监控系统和人工检测的防灭火系统。

灌浆防灭火技术已在我国有自然发火危(wei)险的矿井中得到普遍应用,也取得了良好的效果。

灌入的泥浆能够吸热降温,对煤体有包裹作用,起到隔氧降温目的,同时能胶结顶板、降低采空区空隙率、增加漏风阻力。

1、灌浆防灭火特点灌浆就是将水和浆材按适当的比例混合,制成一定浓度的浆液,了较好的防灭火效果,由于综放工作面开采的 3 上煤层为自燃煤层,设计采用灌浆防灭火技术。

2、采用灌浆防灭火的合用条件煤层为自然煤层。

2、煤层采用仰斜开采的方法。

由于综放工作面煤层为自燃煤层,开采方式也是仰斜开采,故该方法合用于本矿。

但由于这种方法具有以下缺点: (1)浆体只流向地势低处,不能向高处堆积,对高位火作用有限; (2)不能均匀覆盖浮煤,容易形成“拉沟”现象; (3)易跑浆和溃浆,恶化工作环境,影响煤质。

故综放工作面在使用时应与其他防灭火方法配合使用。

灌浆防灭火方法主要注重于“灭”,即煤层浮现自燃发火征兆时而使用,若煤层无自燃发火征兆时,主要以喷洒阻化剂方法为主,但灌浆系统应每隔 7-10 天运行一次,以保证该系统的可靠性。

3、灌浆材料选择灌浆材料必须满足以下要求:1、不含可燃物或者助燃物;2、粒径直径小于 2mm,细小粒子(粒径直径小于 1mm)占 75%;3、主要物理性能指标:比重 2.4~2.8,塑性指数 9~14,胶体混合物 25~30%,含砂量 25~30%;4、易脱水,又具有一定的稳定性;5、具有能与较少的水混合成浆液的能力,运输时不阻塞管路或者泥浆池;6、便于开采、运输和制备,来源广,成本低。

综放面采空区遗煤自燃“三带”范围的预测

综放面采空区遗煤自燃“三带”范围的预测

sot eu m utntr ns 1 er u sso a t 2 E ol w lsr ep dco dx pn nos o b so e z e . 1 sl hw t t eC ud e e et r tni e a c i h eo 1e t h h H c l vh e i n i
摘要: 以峰峰 矿 区小屯矿 122综放 面为研 究 对 象 , 45 通过 氧 化 热 解 实验 测 定煤 样 产 生 的 气体 成 分 ; 用 自制 气体 采样 系统对 采 空 区气体进行 采 集和 分析 , 而 划分 遗煤 自燃 “ 利 进 三带 ” 围。结 范
果表 明 H 2可作 为该 综放 面煤炭 自燃 的预 测 指 标 , H 以 2浓度 划分 的 采 空 区遗 煤 自燃 “ 三
综 采放顶 煤 工 艺 的广 泛应 用 , 在提 高煤 矿 经
济效益 的同时 , 也加 剧 了采 空 区遗 煤 的 自燃 , 重 严 影响 了矿井 的安 全生 产 n 。而 且 不 同 的矿 区和 】
区遗煤 自燃 “ 三带 ” 的划分 提供参 考依据 。
1实 验概 况
1 1氧化 热解 实验 .
V0. 7 N . 12 o 3
c S p. 01 2 0
文 章 编 号 : 7 96 (000 0 6 0 1 3— 49 2 1)3— 09— 3 6
综 放 面 采 空 区遗 煤 自燃 “ 带 " 围 的预 测 三 范
陈 立, 郭鑫禾, 武江河
( 河北工程大学 资源学院 , 河北 邯郸 063 ) 508
s mpe n te 1 2 2 f l c a ie a i g fc ft e Xiou n a lsi h 4 5 ul e h nz d c vn a e o a tn mie.F n fn nn r a.T e aro y h e ge g m ig a e i h i f t e a s c l ce t e g a l g sse s ca y ma e,a d d tr n d t ii e te rn e o h fwa ol td wi t a s mpi y tm p il d e h h s n e n eemi e o dvd a g f h

7306综放工作面自燃原因及治理

7306综放工作面自燃原因及治理
高 广远 张 民
(. 1 华润 天能龙 固煤 矿 江 苏 徐 州 2 1 1 2 华 润天 能马庄 煤矿 , 苏 徐 州 2 1 4 ) 2 6 3; . 江 2 18
摘要 : 绍 了华润天能煤 电有限公 司龙 固煤矿 7 0 介 3 6工作 面采 空区 自燃原 因、 采取 的措施 、 效 果及 经 验 教 训 , 有 一 定 的 借 鉴 意 义 。 具
2 1 自燃 过 程 . 70 3 6工 作 面 于 2 0 0 7年 6月 5 日开 始 回采 。 8月 1 日 中 班 1 4 8点 7 0 3 6下 部 溜 子 道 C O探 头 报警 , 火 员 2 查 1点 在 下 隅 角 查 明 了 C 达 O 1 0 p m, 空 区 出 现 自然 发 火 。 图 1所 示 为 该 6 0p 采
面采 空 区煤炭 自燃 的材 料 和手段 不能及 时 到位 ,
致使 发生险情 时不能有效治理 。
降压处理 , 减风 5 m / i。8月 2 日至 2 0 mn 4 6日因
工 作 面 周 期 来 压 , 下 部 二 断 层 处 冒 顶 片 帮 严 中 重, 达2 长 0~3 m。推 进 度 受 到 影 响 , 0 8月 2 7至 2 8日将溜 子压死 ,3 6工作 面处于停 产状态 , 70 下 隅角 C O浓 度 又 呈 上 升 态 势 , 下 隅 角 C 浓 度 因 O
了 1 m, 5 低于综放工作 面防灭火 的要求。 ③ 预防 措施 落 实 不 到 位 。该 面 回采 前 通 防 部 门编制 了防灭 火方案 和设计 , 切眼 及对接 巷 对
88
采过程 中均发生氧化 自燃现象 , 都能 得到有 效 但
控 制 , 累 了 丰 富 的经 验 , 7 0 积 对 3 6综 放 面 的 防 火

综放工作面采空区自燃“三带”分布规律的研究

综放工作面采空区自燃“三带”分布规律的研究

311矿井火灾是煤矿开采所面临的“五大灾害”之一,由采空区遗煤自燃发火导致的内因火灾是矿井火灾的主要原因。

为预防采空区遗煤的自燃危险,需要对采空区进行“三带”的划分为散热带、氧化带、窒息带。

随着煤矿采掘的不断推进,为解决开采难度大、经济效益低等问题,越来越多的开采作业面采用台阶型综采工作面的布置方式,即综采工作面与两顺槽巷道间留有一个台阶,但此类工作面周围存在大面积采空区,漏风现象较为严重,给工作面火灾防治工作带来极大挑战。

因此,本文以庞庞塔矿5-108工作面为例,通过对工作面采空区温度、CO浓度分布规律进行测试研究,合理科学地给出了工作面自燃“三带”区域,并相应地求出该工作面的最小推进速度,保证工作面的安全回采。

1 矿井概况 庞庞塔矿位于位于山西省河东煤田中段临县县城以东。

井田面积60.73k㎡,生产规模1000万吨/年,批准开采3号-10号煤层。

5-108工作面是综采放顶煤工作面,煤层厚度2.50~4.3m,平均厚度3.5m;倾角3°~7°,平均为 5°;工作面东侧为5-106上工作面采空区,西侧斜上方为5-103上工作面采空区,北邻冲刷带无煤区、南邻西翼带巷和西翼轨道巷。

煤层平均倾角6°,开采煤层厚为2.7m。

与传统综放工作面的不同之处是,该工作面的东侧上方约111m处存在上分层的采空区,在分析采空区自燃“三带”分布规律时,应充分考虑上分层采空区对“三带”分布的影响。

2 现场测试方案 2.1 测点布置 温度传感器和束管安装在5-108综放工作面采空区内,用以监测及分析温度和气体。

1#、2#和 3#测点位于进风巷一侧,6#、7#和 8#测点位于回风巷一侧,每个测点之间的距离约为9m;4#和5#测点则布置在5-108上工作面两顺槽的以内约10m 处。

各测点均布置有温度传感器和束管,每个测点的温度传感器和束管将随着工作面的推进逐渐埋入采区内[2]。

由于矿井环境条件恶劣,温度传感器必须要同时具备稳定性能好、安全性能高、防腐蚀、抗静电冲击等优良特性,并适应于远距离传送要求,能够满足煤炭自燃的早期预测预报。

百灵煤矿10202工作面采空区自然“三带”影响因素分析

百灵煤矿10202工作面采空区自然“三带”影响因素分析
作 面的开 切眼 、 停 采线 , 综放 工作 面 的两顺槽 。从 开 采条 件来 看 , 主要 是 1 0 2 0 2工 作 面前 方 采 空 区和 后 部采 空 区有 自燃 隐 患 , 1 0 2 0 2停 采 线 区域 因受 南 层
件, 煤体温度较高 , 容 易发生 自燃 。停采线前约 2 0 3 0 i n , 工 作 面顶煤 不 易垮 落 , 采 空 区遗煤 较 多 , 停
放瓦斯 的 同时也 加 大 了采 空 区漏 风 , 增 加 了采 空 区
煤挥 发 分 为 2 3 . 5 7 %, 硫分为 0 . 4 8 %, 磷 分 为 0 . 0 0 8 6 %, 属 特 低 硫、 特低 磷 煤; 发 热 量 低 位
2 4 . 0 4 MJ / k g ,高 位 型, 少量 属于瘦 煤 。 3 4 .8 1 MJ / k g ; 容 重 为 1 . 5 0 k N / m ; 胶质层厚度 1 3—2 3 mm, 属 于 焦 煤 类
理。
速 度较 快 。从 采 空 区浮 煤分 布 情 况 来看 , 由于端 头
支 架处 顶煤放 出率 低 , 留有大量 遗煤 , 而顺 槽顶 板 的 煤 经过 长时 间 的暴 露 和 氧化 , 积聚热量 , 易发生 自
燃。
( 3 ) 采 空 区存 在 散 热 带 、 氧 化 带 和 窒 息 带 。受
自然发 火 的危 险性 。 因此 , 防治 自然发 火 与 瓦 斯 治 理工作 必须 综合 考虑 , 相互兼 顾 。
2 . 3 1 0 2 0 2工作 面火 灾隐 患分析
2 综 放 面 自燃 规 律 及 其 隐 患 分 析 J
2 . 1 自然发火 规律
( 1 ) 综 放 面切 眼 、 停 采 线采 空 区 自燃 火灾 较 多 。

综采工作面采空区煤炭自燃三带的划分及实测

综采工作面采空区煤炭自燃三带的划分及实测

檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻 ( 上接第 142 页) 区的危险区域 参考文献:
表1
位置 进风侧 回风侧
713 工作面采空区 “三带” 范围表
散热带 / m < 30 < 25 自燃带 / m 30 25 90 80 窒息带 / m > 90 > 80
[3 ]
3 ) 采空区遗煤温升速度。 如果采空区内每天 的升温率 K ≥1 ħ / d 时, 就可以认为已进入可能自 燃带
[4 ]

采空区内即使漏风流形成了供煤氧化升温的条 件, 但如果某一因素能够限制采空区内积热升温 , 那 么采空区内温度就不会上升, 从而不会产生自然发 。 , 火 由此可见 采空区内按漏风流的 O2 浓度划分出 的自燃带内, 浮煤不一定具有氧化积热的条件。 所 以按 O2 浓度指标和漏风速指标划分采空区“三带 ”
1 ) 影响煤矿大面积采空区失稳的自然地质因 素包括煤层厚度、 倾角、 埋深、 断层的影响、 岩体质量 指标 RQD 值、 覆岩的弹性模量和单轴抗压强度、 煤 体的单轴抗压强度、 地应力场中的最大最小主应力 差及应力方向、 采空区积水情况等。 2 ) 影响煤矿大面积采空区失稳的开采技术因 素包括开采面积、 采空区体积、 回采工艺、 顶板垮落 情况、 上下及周围煤层开采情况、 采空区密闭情况、 地表塌陷情况、 采空区失稳事件发生情况、 采空区上 地表建筑物分布情况等。 3 ) 煤矿大面积采空区失稳危险状态等级评定
· 146·
11
( 第 43 卷第 5 期)
分析·探讨
W1 =
i =1 11 i =1 9
∑G i
∑G imax
i =1 9
18 = = 0. 486 37 18 = 0. 474 38

浅埋煤层综放采空区自燃“三带”与压力横三区关系

浅埋煤层综放采空区自燃“三带”与压力横三区关系

稳特征分析 二者之 间的关系。采用束管监测采 空区气体分布 , 得 出 了采 空区 自燃“ 三 带” 的分布 规律。根据 矿压观 测与关键 层理论分析 , 分析 了顶板破断形成 的结构及 失稳形 式 , 采用 R F P A 模拟 了采 空区底 板支承压 力分布规律 , 划分 了采空 区压力 横三 区; 分析 了各 区渗流特点 , 通过对 比发现浅埋采 空区 自燃 “ 三带” 与压力横 三区有较好 的对应 关系。
1 3卷
探头
探头
探头
探头
探头
( a ) 测点布置 图
( b ) 采气探头示 意图
图 1 测点及探 头布置示意图
q 1 ( )l + 1<q 1 ( )I ; L 1<L 2 。
2 . 2 采 空 区 自燃 三带分 布规 律
结合 现 场实测 及 数 值 模 拟 相结 合 的方 法 、 利 用 最 大最小 理论 确定 采 空 区 自燃 三带 的分 布见 图 2 。
关键 词
综放采 空 区
自燃“ 三带”
关键层理论 B
支承压力
中图法分类号
T D 7 1 1 . 4 ;
文献标 志码
我 国西北 地 区浅 埋 煤 层 赋存 稳 定 、 地 质 构造 简
的首采 面 , 黄 土层 平均 厚 3 8 . 2 m, 基岩 8 O~1 3 0 n l , 6
单、 瓦斯含量小 , 大部分千万吨级矿井分布 于此 , 但
煤 层 变质 程度 低 、 易 自燃 , 工 作 面采 空 区 、 巷道高 冒 区常受 到煤 自燃 的严 重 威 胁 J 。采 空 区 遗煤 自燃 发 火 除取 决于 煤 自身 的氧 化 特 性 之外 , 还 主 要受 采 空 区供 氧及 蓄 热 环境 、 遗煤 分 布 、 采 空 区漏 风 源 、 汇 集 强度 以及 工 作 面推进 速度 的影 响 J 。

浅埋深易自燃特厚煤层综放工作面长度的优化

浅埋深易自燃特厚煤层综放工作面长度的优化
. .
直接 底
泥岩 、 泥质 1 g l. 粉砂 岩 — 61 D 0
泥岩 :灰褐 色 一 楫色 ,岩石 较软 . 黑 易 碎. 呈碎块 状一短柱状 , 中部夹 薄层灰 质 泥岩及煤 线 古 少 量 植 物 化 石 碎片 。

8 6 9 粉沙岩 : 7 深灰色 , 中厚层状 , 粉砂岩 和 1 4 1. 直接顶 细砂 岩 有 白云母碎 屑及煤屑

_ -1

- .- .


泥岩 : 灰褐色 一黑褐色 , 石较软 , 岩 易 直接底 泥岩、 中部夹 薄层 泥质 1 8 61 , . —1 0 碎 星碎 块状 一短柱状 , 0 粉砂 岩 灰质 泥 岩 及煤 线 , 少 量 植 物化 石 含

老底
^ ’

‘ 71 一I. ’ . 5 95 8

粉砂 岩 、 细 砂岩 、 砂 粗

灰色 . 厚 层状 . 白 母碎 属及煤屑 中 有 云

碎片。
图 1 煤 层 综 合 柱 状 图
老底 粉砂岩 、 细 砂岩和粗 71 —1 . . 5 98 灰色 。 5 中厚层状 , 有白云母碎 屑及煤 屑
矿区范 围内地层有波状起伏 ,煤层底板表现为 中部略低 , 四周略高 的盆地 , 未发现地层褶皱及断层
关键 词 : 综放 工 作 面 ; 度 ; 长 4 L化
中图分 类号 : D 1 T 24
文献标识码 : B
文章编号 :6 2 5 5 ( 0 )8 0 1 - 3 1 7 — 4 X 2 1 0 - 2 0 1 1
山鑫 煤矿 是 2 0 08年 由潞安 新 疆煤 化 工 ( 团 ) 集 有 限公 司积 极 响应 新疆 维 吾 尔 自治 区实 施 的 煤炭 优 势

采空区自燃“三带”划分与综采面极限推进速度研究

采空区自燃“三带”划分与综采面极限推进速度研究

① 该系统安装在采煤机截割部上,由于采煤过程中 落煤点产生高浓度粉尘,对系统污染严重,很容易 导致高压喷雾系统产生堵塞现象;② 该系统相比传 统喷雾洒水装置降尘效果好,但是装置及降尘材料 成本费用高,而且该装置局限性大,无法实现综采 工作面大面积降尘目的,需进一步优化改进。
【参考文献】 [1] 吕玉芝 . 矿井尘源泡沫化治理技术研究与应用 [J].
122
2021 年第 6 期
采空区自燃“三带”划分与综采面 极限推进速度研究
孙晋乐
(山西忻州神达金山矿,山西 忻州 034000)
摘 要 为精准测定神达金山矿 13101 综放工作面采空区“三带”区域,试验应用进、回风两侧采空区内 O2 含量变化对其进行划分,得出工作面进风侧处散热带为 0~30.4 m,氧化带为 30.4~72 m,窒息带为 72 m 以里;
中国煤炭工业,2019(08):58-59. [2] 魏斌 . 岩巷炮掘工作面泡沫降尘技术研究 [J]. 煤
炭与化工,2019,42(01):121-123. [3] 金雪琪,陈明健 . 一种矿用泡沫除尘装置的研究
[J]. 装备制造技术,2018(08):103-105. [4] 王瑞青,孙星 . 泡沫除尘喷雾技术及其应用实践
浮煤最短自然发火期 Tmin=区可能发生自燃的极限推进度为:
= vmax
Lmax × 30 τ min × k
(3)
= 41.6 ×= 30 12.89 m/月=0.43 m/d 88 ×1.1
因此,当 13101 采面推进速度大于 0.43 m/d 时, 采空区无自然发火危险;当工作面推进速度小于 0.43 m/d 时,采空区将有自然发火危险。
图 2 气体取样管的设置及保护

综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法与实践

综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法与实践

综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法与实践余明高;晁江坤;贾海林【摘要】根据目前采空区自燃“三带”的研究现状,确定了基于采空区煤自燃的上限氧浓度和下限氧浓度、采空区自燃“三带”现场观测及数值模拟、MIN-MAX 综合处理法的采空区自燃“三带”的综合划分方法,划分了采空区自燃“三带”范围.以新疆哈密三道岭煤矿4204综放工作面为例进行实际应用,确定了该工作面采空区的自燃“三带”范围.实践表明,该划分方法确定的“三带”能更好地反映浮煤自燃的实际情况,对具有类似条件的采空区防火具有参考价值.【期刊名称】《河南理工大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2013(032)002【总页数】6页(P131-135,150)【关键词】自燃"三带";极限氧浓度;漏风风速;MIN-MAX方法【作者】余明高;晁江坤;贾海林【作者单位】河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TP3230 引言采用综采放顶煤开采方法开采大采高、特厚煤层时,往往在采空区留有大量的松散遗煤,这些遗煤通过物理吸附和化学吸附,在合适的条件下很容易与采空区漏风流中的氧气发生氧化反应,导致采空区自燃火灾的发生,严重威胁矿井生产[1-5].对于“U”型通风系统的采空区,按遗煤发生自燃的可能性可将采空区划分为散热带、自燃带、窒息带[6].采空区自燃“三带”划分是矿井防灭火基础工作的重要内容之一,工作面正常生产时,采空区自燃“三带”是客观存在的,而且处于一个动态的稳定状态[7].采空区自燃“三带”观测的主要内容是检测采空区内氧气浓度随工作面推进的变化情况,并根据煤氧化的临界氧气浓度确定出散热带、自燃带和窒息带的范围.目前,对于采空区自燃“三带”的划分,国内外尚无统一的标准,但总的说来有3种划分指标:采空区漏风风速、采空区氧气浓度以及采空区温度.以采空区的氧气浓度为划分标准的方法是目前在工程实践中应用最为广泛,也是最有效的划分方法.本文选取一个试验工作面进行埋管布点观测,并进行FLUENT模拟,从而更真实的显示采空区自燃“三带”的分布.最后,利用MIN-MAX的方法优化采空区“三带”分布范围,为采空区防灭火提供形象直观的指导.1 综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法1.1 煤氧化自燃的极限氧浓度确定氧气供给是煤自燃的另一个物质基础,对于特定的松散煤体,氧气供给越充分,煤与氧的化学吸咐和化学反应越快,放热强度越大[8-9].在某一温度下,其放热强度近似与氧浓度成正比,当氧浓度达到上限漏风强度对应的浓度值时,煤体的氧化生热大于散热,煤体的升温速度达到最大,因为是根据上限漏风强度计算出的氧气浓度,所以将这个极限浓度称为上限氧浓度,用Cmax表示.理论研究表明:上限氧浓度与上限漏风强度、煤氧化放热性、浮煤堆积厚度、周围散热条件和煤岩体原始温度有关.现场实践中,煤体的氧化放热特性、浮煤堆积厚度、采空区的上限漏风强度、周围散热条件和煤岩体原始温度均为定值,故上限氧浓度为可知的极限参数.理论上,上限氧浓度的计算公式[9]为式中:ρg为工作面风流密度,kg/m3;Cg为工作面风流热容,J/(g·℃);q0(Tc)为试验测定的放热强度,J/(m3·s);λc为浮煤导热系数,J/(s·m·℃);Qmax为采空区上限漏风强度,m3/(min·m2);C0新鲜风流氧浓度,mol/m3;Tc为煤体平均温度,℃;Ty为岩层平均温度,℃;h为松散煤体厚度,m;由上限氧浓度Cmax换算为煤体氧化生热的最大氧浓度Cu的计算公式为式中:V为气体的摩尔体积,L/mol;n为氧气的分子量.引起煤自燃的必要条件之一是有连续充分的供氧条件,当风流在破碎煤层孔隙中流动时,随着煤对氧气的吸附和反应,风流中的氧浓度逐渐降低,当氧浓度降低到某个下限值时,煤氧化产生的热量较小,产热量可通过顶底板岩层全部散发出去.此时,煤体温度不再上升,煤体升温速度为0,则称该极限氧浓度为下限氧浓度,用Cmin表示.理论上,下限氧浓度的计算公式为式中为采空区漏风强度,m3/(min·m2),其它参量的含义如式(1)中所述.由下限氧浓度Cmin换算为煤体氧化生热的最小氧浓度Cd的计算公式为1.2 采空区流场数值模拟根据工作面的具体情况建立模型,气体在采空区的流动,可看作是空气在多孔介质中的渗流.模拟是在GAMBIT中建模,然后采用FLUENT软件进行计算,最后导入到TECPLOT进行后处理.考虑流场的非均匀性,对进风口附近和回风口附近进行局部加密.采空区非均质多孔介质分布情况,采空区氧气浓度和一氧化碳浓度变化方程的源项采用用户自定义函数UDF进行导入、编译.速度与压力之间的耦合采用SIMPLE算法,迭代的最大误差都小于10-3.1.3 基于MIN-MAX方法的采空区“三带”分布范围确定MIN-MAX方法的原理就是将各种方法得到的采空区“三带”范围进行处理,散热带的范围取最小值,窒息带取最大值,从而得到自燃带的最优范围.根据采空区实测氧气浓度和Fluent模拟结果,利用MIN-MAX的方法确定自燃“三带”的最优范围.2 采空区自燃“三带”划分实践将本文确定的综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法,以新疆哈密三道岭煤矿4204综放工作面为例进行实际应用.该工作面走向长度1 687.1 m,倾向长度240 m,煤层平均倾角为6°,煤层平均厚6.3 m,采用走向长壁后退式综采放顶煤全部垮落式采煤法.上顺槽为进风巷兼作轨道运输巷,下顺槽为回风巷兼作皮带运输巷,两巷都为实体煤巷道,沿煤层底板掘进,巷道净宽4 m,净高3 m.2.1 煤氧化自燃的极限氧浓度的具体计算根据现场实测与计算:ρg=1.18 kg/m3;Cg=1.302 J/(g·℃);q0(Tc)=2.87 × 10J/(m3·s);λc=2.13 ×10-1J/(s·m·℃);Qmax=2.48 ×10-4m3/(min·m2)=7.2 × 10-5m3/(min·m2);C0=9.375 × 10-10mol/m3;Tc=30℃;Ty=12 ℃;h=1.3 m;V=22.4 L/mol;n=32.由式(1)得Cmax≈2.64 ×10-1kg/m3;由式(2)得 Cu=18.5%;由式(3)得Cmin≈5.8 ×10 -1kg/m3;由(4)式得 Cd=4.65%.2.2 采空区自燃“三带”范围划分标准的确定煤自燃“三带”的分布特征既与冒落岩石堆放压实状况、遗留浮煤的分布状况、漏风源、漏风汇的位置和漏风强度等因素有关,又与工作面的推进速度有很大的关系.采空区氧含量分布最能反映采空区浮煤氧化状况,因此,采空区三带划分应以氧含量分布为主,其它指标为辅.根据上节中计算的煤体氧化生热的最大氧浓度和最小氧浓度值,本文确定的采空区自燃“三带”划分标准为:散热带φ(O2)≥18.5%;自燃带φ(O2)为18.5%~4.65%;窒息带φ(O2)≤4.65%.2.3 采空区自燃“三带”观测的测点布置采空区自燃“三带”观测采用的方法是在采空区预埋束管检测系统.为分析工作面自燃三带分布情况,沿4204工作面进风巷、回风巷和工作面支架中部各布置3个测点,测点间隔30 m.需要说明的是,进风巷、支架中部和回风巷的每一个测点处都布置一个防倒装置的采样探头,高度为0.6 m,下部有三条腿支撑.为防止采空区积水或浮煤堵塞束管,每个探头高于底板0.5 m左右,端头用三通连接,顶部三通钢管内保护着气体采样器.支架中部的测点布置在支架底放溜槽后部采空区,并且导出到进风巷进行观测.采空区抽气导管采用聚氯乙烯硬质塑料束管,直径为6 mm,为了避免抽气管被采空区冒落的岩石砸坏,外部用直径为70 mm的钢管进行保护.采空区自燃“三带”观测采用抽气法,其抽气探头放在三通钢管中进行保护.将测点编号1-9,按照图1布置,测点之间间隔30 m.其中,测点 1,4,7为第一组;2,5,8为第二组;3,6,9为第三组.2.4 采空区自燃“三带”的观测数据分析由现场实测可知4204工作面采空区氧气体积分数如图2所示,根据煤炭氧化自燃理论,煤炭自燃的决定性因素是漏风风流中的氧气体积分数,用氧气体积分数来划分采空区煤炭氧化自燃“三带”是可靠的,在现场实际测定中也经常使用这种方法[10-11].分析图2所反映的4202工作面采空区氧气体积分数变化和实测结果可知:(1)当工作面推进50 m后氧气体积分数就迅速减少.这是由于煤层顶板为松软岩石,采空区顶板垮落时,冒落的顶板压实程度较好,采空区漏风较少.(2)各测点氧气体积分数下降的趋势为:靠回风侧的测点下降最快,靠近进风侧的最慢.实测结果充分说明了U型通风系统工作面的采空区漏风流场与漏风变化规律为采空区中部靠进风侧漏风较大,回风侧较小.2.5 采空区自燃“三带”实测范围的确定根据图2从氧气体积分数的变化规律分析可以得出4204综放工作面采空区自燃“三带”的范围如表1~3所示.表1 第一组测点所反映的自燃“三带”分布范围Tab.1 Distribution of the spontaneous combustion three-zone reflected by the first points?表2 第二组测点所反映的自燃“三带”分布范围Tab.2 Distribution of the spontaneous combustion three-zone reflected by the second points?表3 第三组测点所反映的自燃“三带”分布范围Tab.3 Distribution of the spontaneous combustion three-zonereflected by the third points?根据采空区实测氧气体积分数,利用MINMAX的方法所确定的自燃三带范围如表4所示.表4 现场实测数据反映的自燃“三带”分布范围Tab.4 Range of coal spontaneous combustion three-zone reflected by the on-site measured data?由表4可知,采空区自燃“三带”的位置和范围与工作面的漏风量有直接关系.工作面进风巷漏风充足,所以进风巷的自燃带在采空区深部,且范围最大,回风巷漏风最小,所以回风侧进入自燃带比较早,且自燃带范围较小.因此,工作面漏风量越大,采空区自燃带位置越向采空区深部延伸,且自燃带的范围越大.2.6 4204工作面采空区流场分布的数值模拟根据现场观测可知,4204综放工作面采空区两端浮煤厚度达3.0 m,中部采空区浮煤厚度为1.3 m,由于顶板压力较大,根据地质资料可假设中部采空区浮煤距离顶板3 m处为致密边界,工作面的长度为240 m,采空区的深度为300 m,工作面的横截面尺寸为4 m×3 m.数值模拟的物理模型如图3所示.采空区流场分布对采空区的组分浓度分布以及“三带”划分均有重要影响,煤自然发火的主要条件是供氧和蓄热,其中蓄热程度由风速决定.根据国内外学者对采场漏风的研究,一般认为[12-14],采空区风速介于 0.1 ~0.24 m/min 之间为氧化自燃带.采空区高度为1.5 m平面的漏风速度场、氧气体积分数场的分布如图4和图5所示.根据采空区漏风风速模拟得出距进风巷不同距离处自燃“三带”的分布范围见表4所示.根据采空区氧气体积分数模拟得出距进风巷不同距离处自燃“三带”的分布范围见汇总表5和表6所示.表5 漏风风速模拟的自燃三带分布Tab.5 Distribution of coal spontaneous combustion three-zone according to leakage air viscosity?表6 氧气体积分数模拟的自燃三带分布Tab.6 Distribution of coal spontaneous combustion three-zone according to oxygen concentration?3 4204工作面采空区“三带”范围综合确定根据实测氧气浓度变化得到的进风巷采空区自燃“三带”的分布,以及模拟得到的自燃“三带”范围,利用MIN-MAX的方法进行优化,得出最优的自燃带范围是17.5~160 m.根据对进风巷自燃“三带”范围的综合确定,同理,可以计算出距进风巷120 m和240 m的“三带”范围如表7所示.表7 综合确定的自燃“三带”的分布Tab.7 Distribution of coal spontaneous combustion three-zone based on comprehensive method?4 结论(1)确定了基于采空区煤自燃的上限氧浓度和下限氧浓度、采空区自燃“三带”现场观测及数值模拟、MIN-MAX综合处理法的采空区自燃“三带”的综合划分方法,据此划分的采空区自燃“三带”范围,能更好地反映浮煤自燃的实际情况. (2)研究表明,采空区自燃“三带”的位置和范围与工作面的漏风量有直接关系.工作面漏风量越大,采空区“自燃带”位置越向采空区深部延伸,且自燃带的范围越大.(3)根据MIN-MAX方法,4204工作面进风巷采空区自燃“三带”范围为散热带0~17.5 m,自燃带17.5~160 m,窒息带>160 m;工作面中部的自燃“三带”范围为散热带0~14.5 m,自燃带14.5~139 m,窒息带>139 m;回风巷的自燃“三带”范围为:散热带 0~9 m,自燃带 9~74.5 m,窒息带>74.5 m.(4)根据现场观测、数值模拟和MIN-MAX方法表明,距进风巷距离不同位置的采空区自燃“三带”范围有一定的差异,可为采空区防火提供基础数据,据此可有针对性地采取防灭火措施.参考文献:[1]王省身,张国枢.矿井火灾防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1990. [2]王德明.矿井火灾学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2008.[3]邬剑明.煤自燃火灾防治新技术及矿用新型密闭堵漏材料的研究与应用[D].太原:太原理工大学,2008:3-5.[4]王俊峰,邬剑明,靳钟铭.一种预测采空区自燃危险区域的新方法——CFD 技术的应用[J].煤炭学报,2009,34(11):1483-1488.[5]郝宇,刘杰,王长元,等.综放工作面超厚煤层注氮防灭火技术应用[J].煤矿安全,2008,12(7):41-43.[6]张国枢.通风安全学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2008.[7]文虎.综放工作面采空区煤自燃过程的动态数值模拟[J].煤炭学报,2002,27(1):54-58.[8]余明高,黄之聪,岳超平.以氧指标划分采空区自燃“三带”的实验研究[J].西安矿业学院学报,1998,18(1):1-5.[9]刘晨瑶,陈曦,王亚超,等.亭南煤样自燃极限参数实验研究[J].陕西煤炭,2002,25(1):4-5.[10]刘华锋,张人伟.综放工作面采空区自燃“三带”的观测与分析[J].煤炭安全,2009,19(3):38-40.[11]董建立,邓五先.安一井S4101工作面采空区自燃“三带”观测及防止自然发火的措施[J].矿业安全与环保,2006,33(4):1-3.[12]褚廷湘,余明高,杨胜强.基于FLUENT的采空区流场数值模拟分析及实践[J].河南理工大学学报:自然科学版,2010,29(3):2-5.[13]余明高,常绪华,贾海林.基于Matlab采空区自燃“三带”的分析[J].煤炭学报,2010,35(4):1-4.[14]王家学,潘荣锟,余明高.王台矿2304采面自燃“三带”观测及数值模拟[J].煤炭安全,2010,39(4):1-3.。

深部开采综放工作面煤层自燃防治技术

深部开采综放工作面煤层自燃防治技术

原始 2 5℃ 自然条 件下 , 测定 出最短 发火期 为 4 。 6d
1 开 采过 程 中存 在 的 问题
随采深 增 加 , 井 内部高 温 及 其带 来 的 问题 也 矿 日益 突出 , 据 实 测 ,4 0综 放 工 作 面 回风 流 温度 根 11 2 8℃ , 围岩 温度 达 到 3 3℃ , 境 温度 高 , 防火 工 环 对 作不利 。 由于矿 内环境 温度 升 高 , 接 导 致 了 煤 层 直 自然 发火期 变短 , 体温 升速 度加快 。 煤 1 1 放 工 作 面 所 属 四层 煤 经 鉴 定 有 严 重 的 4 0综 冲击倾 向性 , 19 自 9 2年首 次 发 生 冲 击地 压 以来 , 已 多 次在 四层 煤工 作 面 发 生 冲击 地 压 事 故 , 成 了较 造
大 的经济损 失 , 重 威 胁 着 矿井 的安 全 生 产 。在 冲 严 击 地压 的影响下 , 采空 区形 成 了隐蔽 漏 风通道 , 体 煤
松 散度增 加 , 采 速 度 慢 , 易造 成煤 层 自然 发 火 。 推 极
ห้องสมุดไป่ตู้
路, 经过装在管路中的发泡器 , 在发泡器 中接入 N , N 与含有发泡剂的黄泥浆体相互作用产生 出三相 :
中图分类 号 : D 5 T 7 文献标 志码 : C 文章编 号 :0 8— 4 5 2 1 ) 1— 0 2— 3 1 0 4 9 ( 0 0 0 0 7 0
华 丰煤 矿 11 放工 作面 位 于井 田的 中东 部 , 40综 上 、 限 标 高分 别 为 一80 一90m, 下 4 , 2 工作 面走 向长 210m, 6 倾斜 长 10m, 层倾 角 3 。煤 厚 6 2m。 3 煤 2, .
在工作 面发 生冲 击地压 事故 , 成停 产封 面。 冲 击地 压 对工 作 面 防火 有 重大 影 响 , 造 必须 采 取合 理 措施 ,

综放工作面采空区自然发火防治技术研究

综放工作面采空区自然发火防治技术研究

1 概

3 防灭 火 方 案 的确 定
根 据 40 12综放工 作 面实 际情况 , 采用 向采 空 区 注入 氮气 方法 来 防治 采 空 区 自然 发火 为 主 , 同时 采
刘庄矿 设计产 量 1 0万 ta 现 主要 开采煤 层为 2 /, 4煤 , 层 有 自燃 倾 向性 , 煤 自然倾 向性 等 级 为 Ⅱ类 , 自然发火 期 为 2 ~ 3个月 。现 正 在 回采 的 4 0 12工
耿德乾 : 综放工作面采 空区 自然发火 防治技术研究
第2 0卷 第6期
氮 管路 由机 电工 区维 护 , 氮机 及 注氮 管 路 必 须 保 注 持完 好 , 保证 注氮 机及 注氮 管路 能 随时 投入 使用 , 同 时并 保证 回采 过程 中管路 的完 好 。 3 由通 风 工 区每 天 安 排 人 员 对 综 放 工 作 面 ) 回风 巷一 氧化 碳浓 度 进 行 检 测 , 当工 作 面 回风 流 中 监测 出一 氧化 碳或 有 自燃 征 兆 时 , 时将 进 风 巷 注 及
97% 。
经计 算 , N 9 6 m n Q = . 9m / i。
采用 制氮 机产 氮量 为 6 0 m / , 1 。 m n 0 。h 即 0m / i,
2 工作 面煤层 自然发火情况分析
40 12综放 工作 面 采 2m, 放 比为 1 . , 采 -2 1 采 用单 轮顺 序放 顶煤 。放 煤 未 见矸 石 停 放 , 使采 空 致 区过 多残煤 , 同时煤体 具有 自然倾 向性 , 为煤 体 自燃
24 2 m, 8 管路直 径 10 m 5 m。如 图 1 。
3 2 工 作面 注氮安 全措 施 .
1 注氮 方式采 用 开 放式 注 氮 方式 , ) 注氮 方 法

综放开采停缓采期间采空区自燃危险区域演化规律及防治技术研究

综放开采停缓采期间采空区自燃危险区域演化规律及防治技术研究

综放开采停缓采期间采空区自燃危险区域演化规律及防治技术研究摘要:在煤层开采过程中,容易受到煤层自然发火的威胁,特别在停采撤架期间,由于撤架时间长、煤层自然发火期短,可能造成严重的自然发火问题。

通过对现场条件进行分析提出了停采撤架前前期的自然发火防治措施,采用实验室试验和数值模拟分析方法确定了回采期间采空区自燃“三带”分布特征,并进一步研究了停采对采空区氧浓度场和温度场的影响,分析了氧化升温带范围和采空区温度随时间的变化特征,在此基础上提出了自燃预测预报方法,针对性地给出了停采撤架期间的通风设计、支架拆除方案以及防灭火专项方案,减少停缓采期间煤自然发火事故的发生。

关键词:综放工作面、缓停采期间、遗煤自燃、防治技术一、项目背景亭南煤矿隶属山东能源淄博矿业集团有限责任公司,位于陕西省咸阳市长武县东部,行政区划隶属长武县亭口镇管辖。

矿井采用立井开拓,综采放顶煤回采工艺,全部垮落法管理顶板。

所采4号煤层为不粘煤,黑色,条痕褐黑色,半亮型煤。

4号煤层为本井田唯一可采煤层,全井田赋存稳定,在大巷所在位置,除井田边界外,绝大部分煤层厚度大于9m。

4号煤层近似水平,井田内最大倾角<7°,沿大巷所在方位煤层最大倾角3.5°。

由矿井资料可知,4号煤层属于I类容易自燃煤层,一般自然发火期为35d。

在煤层开采过程中,容易受到煤层自然发火的威胁,特别在停采撤架期间,由于撤架时间长、煤层自然发火期短,可能造成严重的自然发火问题。

通过对现场条件进行分析提出了停采撤架前前期的自然发火防治措施,采用实验室试验和数值模拟分析方法确定了回采期间采空区自燃“三带”分布特征,并进一步研究了停采对采空区氧浓度场和温度场的影响,分析了氧化升温带范围和采空区温度随时间的变化特征,在此基础上提出了自燃预测预报方法,针对性地给出了停采撤架期间的通风设计、支架拆除方案以及防灭火专项方案,减少停缓采期间煤自然发火事故的发生。

二、研究内容1.从破坏煤炭自燃发火的四个充分必要条件为着手点,以“堵漏、降温、阻化”为防灭火的原则,建立了综放工作面停采撤架前的综合防治体系和束管、温度传感器、监测点实时监测以及人工日常观测相结合的煤炭自燃发火的预测预报手段,确定了注氮、注浆和喷洒阻化剂技术方法,计算了材料用量,优选了材料参数类型。

综放工作面采空区自然发火预控技术

综放工作面采空区自然发火预控技术
切 眼 和停 采线 煤 层 自燃 。开 切 眼 断 面较 大 , 巷道 成
月进入试生产期 , 当年投产 , 当年达产 , 是平朔公司 成功 实施 “ 井联 采 ” 战略 成 果 , 我 国 主要 使 用 露 的 是
国产综 采设备 建 成 的 一 座 千 万 吨级 安 全 高 效 矿 井 。
矿井 开拓 方式 为斜 井 开 拓 , 定 生 产 能 力 i / , 核 0 Mta 实 际生产 能力 可 达 1 / 。 随着 矿 井 生 产 能 力 逐 5Mta 步加 大 , 火灾灾 害不容 忽视 , 由于可 采煤层 均 有 自然
型时 间长 , 矿 山压力作 用 顶帮容 易 压裂破 碎 , 受 存在 煤 体漏 风 供氧 现 象 , 加 了 自然 发火 可 能 性 。停 采 增
发火 倾 向 , 因此 , 内因火 灾将 对 矿井 的安 全生 产造 成

定影响。
放工作 面端头废弃巷道 自 然发火 。综放工作面两端
头 1 范 围 内通 常 不 放顶 , 工作 面不 断 推 进 , 0m 随 顶
1 自然发火特点及 影响 因素分析
1 1 自然发 火特 点 .
板不 断垮 落 , 头 遗 留大量 煤 , 两端 头巷 道不 易压 端 但 实 , 成 了端头 长 时间漏 风供 氧 , 而可能 引起 端头 造 从
线附近煤层在支承压力作用下 , 顶帮易破碎 , 加之停 采前 2 I 右 , 0I左 T 工作 面不 进 行 放 顶煤 , 空 区遗 留 采 煤 量较 多 , 为煤 层 自然 发火 提 供 了发 火 源 ; 同时 , 停
采 线 两端 的风压 差 大 , 板垮 落不 够充 分 , 成 了 良 顶 形 好 的漏 风 通道 , 自然 发 火 提供 了供 氧 条 件 。③ 综 为

综放工作面采空区自燃规律及防灭火技术

综放工作面采空区自燃规律及防灭火技术


1 0 工 作面 概况 5 1
蜊 4O 2 O 】O 0 0 4 8 2O 3l 38 4 9 6 3 7 4 89 1 O5
西 川煤 矿 主采 4 层 ,煤 层平 均 厚 度为4. m , 煤 5
倾 角 为4 7 ,埋深 2 1 4 6 — 。 5 — 1 m,地 质 构造 简 单 ,
属 于低 瓦 斯矿 井 ,煤尘 有 爆炸 危 险性 ,4 2 层具 有 - 煤 自然 发 火 倾 向 , 自然 发 火 期 3 6 月 ,最 短 仅 2 — 个 3
天 ,属 容 易 自燃 煤层 。
深 度 (l f I )
l 0 工 作 面 采 用走 向长 壁 综 合 机 械 化放 顶煤 , 15
引言 :矿 井火 灾是 煤矿 生产 的主 要灾 害之 一 ,严 对每 个 测 点进 行测 温 取样 分析 ,分 别得 到 的l 5 一 # 重威 胁 矿 工的 生 命安 全 和 煤矿 的 安全 生 产 ,特 别 是 测 点实测 温度 值 。 高产 高 效综 采 放 顶煤 工 作 面 , 由于其 开 采 强度 大 , 风 规 律 复 杂 多变 ,采 空 区 煤炭 易 发生 自燃 。 因此 , 本 文 针对 西 川煤 矿 易 自燃 煤 层 中的4 煤层 中的 1 0 l5 综 放 工 作面 ,揭示 采 空 区煤 炭 自燃 规 律 ,提 出一 套 有 效 的 综 合防 火技 术 ,可 为类 似 条件 的 工作 面 的安
相 应 的 ,绘 出3#测 点氧 气 ( ) 、 一 氧 化 碳 示 。 0:
25 20 1 5

其 气浓 度 变化 规 律为 :在 采 空 区进 风巷 侧 自工 作 面 向采 空 区方 向4 . m内 ,因漏风 量 较大 ,氧 气浓 34

什么是采空区自燃“三带”?

什么是采空区自燃“三带”?

什么是采空区自燃“三带”?作为高产量、高效率的采煤技术,综放开采已在国内普遍使用。

大幅度提高煤炭生产效率及产量是人们所关注的。

但与此同时,这项技术为采空区也带来了巨大的安全隐患。

比如,遗留下大量的浮煤,推广速度过快、在采空区的自然区域范围内的不严格规划,等等,这些情况让采空区的自然发火问题空前严重。

采空区自燃三带按采煤工作面采空区内浮煤自燃危险性的不同,可将采空区划分为散热带、自燃带和窒熄带。

在采煤工作面推进过程中,采空区自燃“三带”范围和宽度随采煤工作面漏风量、氧浓度、浮煤厚度和采空区温度等因素动态变化。

目前采空区自燃三带划分有三个指标:漏风风速、氧气浓度、温升。

划分如下:1)散热带是指采空区漏风风速大于0.24m/min,氧气体积分数大于18%,温升△T<1℃/d 且靠近工作面的区域;2)氧化升温带是指漏风风速在0.10~0.24m/min,氧气体积分数为10%~18%,温升△T≥1℃/d的区域;3)窒息带是指漏风风速小于0.10m/min,氧气体积分数小于10%温升△T<1℃/d的采空区压实区。

采空区防灭火措施采空区自燃三带的划分是防范采空区自燃的重要基础。

当确定了采空区的自燃三带后,在采空区内最易自燃区域内注防灭火材料,从而破坏漏风供氧和蓄热环境,消灭煤炭自燃。

常用的防灭火材料有黄泥灌浆、惰性气体、凝胶、阻化剂、三相泡沫、普瑞特等材料,其中普瑞特防灭火材料是徐州吉安矿业科技有限公司联合中国矿业大学研制,融合了黄泥灌浆、惰性气体、凝胶、阻化剂、三相泡沫等各项防灭火材料的优点,又避免了上述各项技术的多数缺点。

普瑞特防灭火材料技术特点:1、集凝胶、黄泥灌浆、两相或三相泡沫、惰性气体和阻化剂的防灭火优点于一体,能把泡沫中的水固结在凝胶体内,避免了黄泥灌浆和其它泡沫大量水流失或者溃浆的缺点;2、在采空区具有良好的扩散性能,生成的普瑞特以泡沫为载体能够对采空区或煤田火区的高、中、低位火源进行大范围、全方位的覆盖,持久保持煤体湿润冷却,隔绝氧气,且添加剂中含有的阻化剂能长久对煤体阻化,彻底防治煤炭自燃;3、普瑞特被注入火区后,会在火区全方位覆盖一层凝胶层,并且凝胶层中95%以上都是水,具有长久的吸热降温作用,能够有效防止火区复燃;4、普瑞特以泡沫为载体,在防灭火区域内能向高处堆积,所到之处普瑞特都能有效覆盖并黏附浮煤裂隙,具有良好的封堵漏风通道的性能;5、泡沫中的氮气缓慢释放,避免单独注氮时氮气容易流失的缺点,持久保持火区惰化。

综放采空区自燃“三带”分布规律研究

综放采空区自燃“三带”分布规律研究
关键词 : 空 区; 标气体 ;三带” 围 呆 指 “ 范 中图 分 类 号 :D 5 2 T 7 文 献标 识码 : B 文 章编 号 :05 2 9 (0 1 0 — 0 1 0 10 — 7 8 2 1 )7 0 3 — 2
煤 的 自然发 火在 导 致 矿 井设 备 毁 坏 、 资源 冻 结 和生产 接替 紧张 , 造成 巨大 经济损 失 的 同时 , 还会 释
带”
2 采空区 自 “ 燃 三带” 的划分主指标
采 空 区 自燃 “ 带 ” 间 的 区别 主要 是 看 浮煤 三 之 周 围的氧气 浓度 能 否满 足 煤 炭 氧化 的需 要 , 就有 这

1 采 空 区 自燃 “ 带 ” 述 三 概
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3 1 采 空 区 测 点 布 置 .
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综放 采空 区自燃 “ 带" 三 分布 规 律 研 究
李 静 波
( 安 职 业技 术 学 院 , 潞 山西 长 治 060 ) 4 2 4
摘 要 : 根据采空 区 自燃“ 三带” 理论及其划分主指标 , 结合华润煤业公 司 2 1 0 综放工作面现场“ 三带” 的观 测数据 , 分析 了采空 区 O 和 c O浓度的变化规律 , 并依 据采 空区氧气 浓度确定 出 自燃“ 带” 三 的范围 , 为后 续工作面开采的防灭火工作提供科学依据 。

浅埋深易自燃煤层综合防灭火技术应用

浅埋深易自燃煤层综合防灭火技术应用

/山西长治石泉煤业有限兮銅煤浅埋深易自燃煤层综合防灭火技术应用0文/李海彦煤层自燃是煤矿主要灾害之一,在煤矿事故中占有较大的比例。

内蒙古准格尔旗特弘煤炭有限公司官板乌素煤矿现主采6号煤层,均为综采放顶煤工作面,采空区遗煤多、空间大、漏风严重,历史上曾多次发生采空区自燃现象,防止煤层自燃成为矿井安全工作的重点。

官板乌素煤矿在处理604工作面自燃现象过程中,结合现场情况,采取针对性措施,运用多种防灭火手段,有效地制止了采空区遗煤自燃,为今后的防灭火工作积累了宝贵的经验。

官板乌素煤矿位于准格尔煤田北部,本井田自上而下主采煤层有2层,即6-1、6号煤层,目前6-1煤已经采完,只剩下6号煤层,6号煤层位于太原组中部。

煤层埋深132.05~283.72m,平均201.00m。

属富灰、特低硫、低变质长焰煤。

604工作面位于6号煤层中。

该面北以采区回风下山为界,西以605综放工作面采空区为邻,东以603综放工作面采空区为邻,南以604工作面切眼为界。

采用综采放顶煤走向长壁采煤法,走向长度820m,倾斜长度160m,平均煤层厚度12.5m,采高3m,回采放顶煤高度9.5m。

该采面于2018年元月份安装完毕,采面配风950m3/min,工作面采用上行通风,运输顺槽为工作面进风巷。

当月开始试采,于2019年2月份结束,3月份撤架回收,4月初完成永久性封闭。

604工作面为放顶煤工作面,放顶煤高度为9.5m,受采煤工艺的限制,实际回收率在65%左右,造成采空区空间有大量遗煤,使得大量漏风通过采空区,给采空区自燃创造了条件,仅靠单一的防灭火措施很难抑制采空区自燃,必须多管齐下,多措并举,这样才能有效控制采空区遗煤氧化自燃现象的发生。

1.建立完善矿井火灾预测预报体系(1)束管监测及色谱分析。

沿604采面回风顺槽敷设三根束管进入采空区,三根束管的取气点分别在604采空区以里20m、40m,60m处,交替外移,利用JSG-8井下自燃火灾束管监测系统,对604工作面采空区的气体进行不间断监测分析,根据分析结果判断自然发火趋势,以便对采空区遗煤自燃作出科学的预测预报。

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浅埋深煤层长综放面采空区自燃“三带”研究刘新德摘要: 针对五家沟煤矿煤层的自然发火倾向问题, 进行了采空区内的氧气体积分 数、漏风强度分布与温度变化观测研究,得到了采空区自燃“三带”范围,研究 结果表明:在采空区回风巷,氧化带距离工作面范围为 46~180m,在采空区进风 巷,氧化带距离工作面范围为 71~245m ,工作面最大安全氧化升温带宽度为 540m,最小安全推进速度为 1.94m/d,研究成果为易自燃煤层长综放面采空区自 然发火的防治提供了理论依据。

关键词:自燃“三带” ;氧化升温带;综放采空区;漏风强度 中图分类号: TD75 文献标志码: A 文章编号:0 引言煤炭自燃是矿井的主要自然灾害之一,我国矿井自然发火危险性严重,比例 大,覆盖面广[1]。

在国有重点煤矿中,56%的存在自然发火问题,其中采空区遗 落煤自然火灾占主体地位 60%[2-3],通常根据漏风状况,将采空区划分为散热带、 氧化升温带与窒息带[4]。

为了提高生产效率,近年来煤矿采用综放开采技术的同 时,不断增加工作面的长度和走向距离,使工作面两端风压大、漏风严重,且采 空区遗留残煤多,使采空区自然发火规律与常规工作面不同[5]。

因此,准确划分 长综放面采空区自燃“三带” ,对矿井的防灭火工作具有现实的指导意义。

1 工作面概况五家沟煤矿 5201 综采放顶煤工作面位于井田二采区,工作面上下顺槽两条 巷道及切眼均沿 5 号煤上、下层间距布置,两道相互平行,按中线掘进,主运顺 槽与二采区储煤仓连接。

工作面倾斜长度 300m,走向长度 2200m,煤层平均厚 度 10.5m。

5 号煤层为自燃~容易自燃煤层,自燃发火期为 3~6 个月,煤尘有 爆炸性,为低瓦斯矿井。

煤机一次采高 3.3m,放煤 7.2m,采放比为 1:2.18,最 小控顶距 7.0m,最大控顶距 7.8m,放顶步距 0.8m。

2 采空区浮煤厚度根据以上综放面回采和巷道资料可计算出,5201 工作面采空区进回风顺槽及两端头支架处浮煤厚度 9.6m, 中部范围的浮煤厚度 2.4m。

若以 0.3m 作为采空 区能产生蓄热的最小浮煤厚度,则 5201 综放面采空区浮煤厚度均大于最小浮煤 厚度,若采空区满足风速、氧气浓度和停留时间条件,则所有区域均有自然发火 的可能。

3 采空区自燃“三带”划分3.1 采空区现场监测 根据自燃“三带”划分理论,需对采空区内煤体的温度、气体成分及浓度进行 观测。

采空区的气体成份和温度观测采用埋设束管和温度传感器测定,在五家沟 煤矿现开采工作面上、 下顺槽各设三个测点,每个测点里安设一个温度传感器和 一根束管,如图 1 所示,回风巷 1 号与 2 号、2 号与 3 号测点间距分别为 30m。

进风巷 1 号与 2 号、2 号与 3 号测点间距分别为 30m。

随着工作面的推进,通过 对各测点进行测温和取样分析, 得出采空区内与煤壁不同距离点的煤体温度和气 体成份参数,结合采空区遗煤自燃氧化理论,对采空区内煤温、氧气的体积参数 随采空区的深度的变化规律进行分析, 从而确定出采空区浮煤自燃的“三带”分布 状况。

进风风流 进风巷大于工 作 面 煤 体大于回风巷 回风风流图 1 综放面埋管观测点布置3.2 采空区气体数据分析 自 2012 年 1 月 6 日开始对 5201 工作面采空区气体进行观测,观测时长约 2 个月。

采空区束管监测气体浓度如图 2 与图 3 所示:图 2 回风巷测点氧浓度随进入采空区深度变化曲线图 3 进风巷测点氧浓度随进入采空区深度变化曲线由图 2 与图 3 可以看出, 采空区氧气浓度随着测点在采空区的埋进深度增加 而逐渐降低。

在回风侧,曲线斜率绝对值较大,说明在回风侧氧气浓度随工作面 推进下降较快,这主要是因为采空区中部顶板垮落较好,压实程度较好,使回风 侧采空区氧气浓度迅速下降;当测点埋深在 60m 左右处,氧浓度降至 18%;测 点埋深在 180m 左右处,氧浓度降至 7%。

在进风侧,测点埋深在 85m 左右处, 氧浓度降至 18%;测点埋深在 234m 左右处,氧浓度降至 7%。

3.3 采空区温度数据分析 根据五家沟煤矿 5201 工作面现场观测数据,采空区回风 1 号、进风巷 1 号 观测点温度数据及温升速率如图 4~5 所示:图4测点温度随埋深变化图 5 测点温升速率随埋深变化由图 4 及图 5 可以看出, 测点温度都先有一段平稳期,然后随着测点的埋深 逐渐升高,但最高温度均小于 40℃,最后逐渐降低。

进风测点最高温度 36.5℃, 在 80m 以后开始大幅度上升,在 80m 以后温升速率大于 1,自 80m 至 216m 之 间,温升速率大部分大于 1。

回风侧最高温度 37.6℃,在 50m 以后开始大幅度上 升, 在 60m 以后温升速率大于 1, 自 65m 至 165m 之间, 温升速率大部分大于 1。

3.4 采空区漏风强度计算 松散煤体是十分复杂的多孔介质, 在实际条件下引起煤体自燃的漏风速度极 小,且漏风分布是时间和空间的函数。

在实际应用中,经常利用实测氧气浓度推 算漏风强度。

氧气浓度测算法是通过实际测定的氧浓度分布反推漏风强度。

假定漏风流仅沿一维流动, 当松散煤体内漏风强度恒定不变时, 可求出漏风强度与氧浓度关系: 错误!未指定书签。

Q ( X i ) 0 VO (T ) ( xi 1  xi ) 2 i CO 2 i 1 CO 2(1)C0 O2ln()式中,错误!未指定书签。

为新鲜风流氧浓度,取 9.375×10-6mol/cm3 错误! 未指定书签。

;错误!未指定书签。

为实验测定煤温为 T、氧浓度为 21%时的耗 氧速率,mol/(s.cm3)错误!未指定书签。

;错误!未指定书签。

为采空区处的漏 风强度,cm3/(s· cm2)错误!未指定书签。

;错误!未指定书签。

Xi+1、Xi 分别为 采空区两点距工作面的距离,m。

根据五家沟煤矿煤样自燃性实验测试和 5201 面采空区实际观测结果,取煤 样 25℃时的耗氧速度:V0(T)=2.485×10-10mol/(cm3· s),并利用已测得的采空区氧 浓度分布规律,由式(2)可推算出采空区漏风强度分布。

图6回风巷测点漏风强度随埋深变化图7进风巷测点漏风强度随埋深变化采空区漏风强度如图 6 与图 7 所示, 采空区漏风强度随着测点在采空区的埋 进深度增加而逐渐降低,尤其在前 50m 下降较明显,进风巷漏风强度从 1.23cm3/ (s· cm2)降到 0.59 cm3/(s· cm2) , 回风巷漏风强度从 0.88 cm3/(s· cm2)降到 0.34 cm3/ (s· cm2) ;在同样的埋深时,进风巷漏风强度比回风巷地要大;整体上进风巷的 影响范围比回风巷的要远。

在回风侧,当测点埋深在 46m 左右处,漏风强度降 至 0.40cm3/(s· cm2) ;测点埋深在 180m 左右处,漏风强度 0.17cm3/(s· cm2) 。

在进 风侧, 测点埋深在 71m 左右处, 漏风强度降至 0.40cm3/ (s· cm2) ; 测点埋深在 245m 左右处,氧浓度降至 0.17 cm3/(s· cm2) 。

3.5 采空区自燃“三带”划分 在危险区域划分方面, 国内广泛应用了氧浓度划分法、漏风强度划分法和升 温率划分法[6-9]。

氧浓度划分法认为, 采空区氧浓度在7%~18%范围内的区域为氧 化升温带;漏风强度划分法认为漏风风速在0.17~0.4cm3/(s·cm2)范围内的区域 为氧化升温带; 升温率划分法认为采空区内升温率K>1℃/d的区域为氧化升温带。

根据5201工作面采空区氧浓度以、温度观测数据以及漏风强度计算结果,按 照各标准划分的采空区自燃“三带”范围,按照自燃危险区域范围取大舍小的原 则,可得五家沟煤矿5201工作面采空区自燃“三带”的范围(见表1) ,最大氧化 升温带宽度为174m。

表 1 5201 工作面采空区自燃“三带”范围 划分方法 O2 浓度法 回风侧 进风侧 散热带范围(m) 氧化升温带范围(m) 0~60 0~85 60~180 85~234 窒息带范围 (m) 180~ 234~温度法 漏风强度法 综合判定回风侧 进风侧 回风侧 进风侧 回风侧 进风侧0~65 0~80 0~46 0~71 0~46 0~7165~165 80~216 46~167 71~245 46~180 71~245165~ 216~ 167~ 245~ 180~ 245~4 最小安全推进速度五家沟煤矿 5 号煤层自然发火期约为 3~6 个月。

按最短自然发火期 90 天来 计算。

最小安全推进速度为: min Lmax174  1.94 m / d 90(2)五家沟煤矿 5201 工作面一般推进速度在 6~7m/d, 远大于最小安全推进速度 1.94m/d。

五家沟煤矿 5201 工作面最大安全氧化升温带宽度为:L0   min  vo  90 6  540m一般来说, 对于 300m 倾斜长度的大综放面, 由于采空区中部煤层顶板垮落, 煤体压实, 造成漏风风流不畅, 中部采空区自燃氧化升温带的范围会比两道要窄。

由于工作面的快速推进, 五家沟煤矿 5201 工作面最大安全氧化升温带宽度 540m 远大于最大氧化升温带宽度为 174m,采空区不易出现浮煤自燃现象。

5 结论(1)沿着采空区走向,氧气体积分数与漏风强度逐渐下降,回风巷氧气体 积分数比进风巷地下降快;进风巷的漏风强度比回风巷的要大,影响范围要深。

采空区温度都先有一段平稳期, 然后随着埋深增加逐渐升高,但最高温度均小于 40℃,最后逐渐降低。

(2)综合考虑采空区内的氧气体积分数、漏风强度分布与温度变化,得到 采空区自燃 “三带” 范围。

在采空区回风侧, 氧化带距离工作面范围为 46~180m; 在采空区进风侧,距离工作面范围为 71~245m。

5201 综放面采空区进风侧自燃 氧化升温带比较宽,最大宽度为 174m;回风侧较窄,为 134m。

(3)5201 综放面采空区最小安全推进速度为 1.94m/d,最大安全氧化升温 带宽度 540m,由于工作面推进快速,采空区不易出现浮煤自燃。

参考文献:〔1〕王德明.矿井通风与安全〔M〕 .徐州:中国矿业大学出版社,2005. [2]李学诚.中国煤矿安全大全[M] .北京:煤炭工业出版社,1998. 〔3〕杨胜强,张人伟,邸志前. 综采面采空区自燃“三带”的分布规律〔J〕 .中国矿业大 学学报,2000,29(1):93-96 〔4〕陈全.采空区“三带”划分指标的研究〔J〕 .东北大学学报,1997(3). 〔5〕李文国,汪月伟,付恩俊,等. 浅埋藏易自燃大型综放工作面自燃“三带”分布规律 的实测与数值模拟研究〔J〕 .矿业安全与环保,2012,39(2),36-38. 〔6〕周西华,毕波,齐庆杰. 古山矿易自燃倾斜煤层综放面采空区防灭火实测及数值模拟 [C].2010(沈阳)国际安全科学与技术研讨会,2012. 〔 7 〕 谢 军 , 薛 生 . 综 放 采 空 区 空 间 自 燃 三 带 划 分 指 标 及 方 法 研 究 [J] 煤 炭 科 学 技 术,2011,39(1),65-67. 〔8〕尚秀廷,秦宪礼,姜春光,等. 东荣三矿综一轻放面采空区渗流数值模拟及煤自燃“三 带”划分[J].煤矿安全,2009(3):43-45. 〔9〕 徐精彩,余锋,李树刚,等.石嘴山二矿2268综放采空区自燃危险区域划分研究[J].煤炭学报, 2003, 28(3):256-259.Study on spontaneous combustion “three-zones” of long workface in shallow buried coal seamAbstract: According to the problem that the coal bed spontaneous combustion tendency in WuJia-gou mine , it would be possible to obtain the range of the spontaneous combustion “three-zones”according to the distribution of the airflow speed、the oxygen concentration and temperature in the gob area. The oxidation zone is about from 46m to 180m in the tail gate, whereas it is 71 m to 245m in the head gate of it. The smallest value of advancing of working face is calculated as 1.94m and the Maximum safe width of self-heating is 540m.It provides theoretical guidance for easy self-ignition of super-length fully mechanized coal face the gob area spontaneous combustion control in the future. Key words:spontaneous combustion “three-zone”;goaf of fully mechanized top coal caving mining face;air leakage intensity。

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