采空区气体浓度变化图
煤层自然发火标志气体及临界值确定
第51卷第12期2020年12月Safety in Coal Mines Vol.51 No. 12 Dec. 2020移动扫码阅读D O I：10.13347 /j.c n k i.m k a q.2020.12.045王伟.煤层自然发火标志气体及临界值确定[J].煤矿安全,2020,51 (12) :219-223.WANG Wei. Ascertainment of Coal Spontaneous Combustion Mark Gas and Critical V alue[j]. Safety in Coal Mines, 2020. 51( 12): 219-223.煤层自然发火标志气体及临界值确定王伟I’2,3(1.煤炭科学研究总院，北京100013;2.煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁抚顺113122;3.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁抚顺113122)摘要：以神东矿区5个不同煤层为研究对象，利用程序升温实验优选出神东矿区煤层自然发火标志气体，得出了不同温度条件下C0产生速率，通过现场测试工作面回风隅角及采空区C O和02体积分数，划分采空区散热带和氧化带的宽度，建立回风隅角C0指标临界值的计算模型，最终给出回风隅角C0指标临界值。
结果表明：神东矿区煤层自然发火标志气体为C O、C2H4、C2H2，可分别作为煤自然发火初期、加速阶段和激烈氧化阶段的标志气体；正常开采条件下，回风隅角C0指标临界值为90x10'当上升至350X K T6时，采空区遗煤已达临界温度（60〜70尤）。
关键词：自然发火；标志性气体；临界值;C0产生速率；临界温度中图分类号：T D75+2.2 文献标志码：A文章编号：1003-496X(2020) 12-0219-05Ascertainment of Coal Spontaneous Combustion Mark Gas and Critical ValueWANG Wei1，2,3(\.China Coal Research Institute, Beijing100013, China;2.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute, Fushun113122, China;3.State Key Laboratory o f Coal Mine Safety Technology, Fushun113122, China) Abstract: Based on five seam coal samples from Shendong Mining Area as the study objects, the spontaneous combustion mark gases were optimized using the temperature programming experiment. Meanwhile, the CO gas production rate under different temperature conditions was obtained. The CO and 02volume fraction of return air corner and goaf was tested at the field, and the width of heat dissipation zone and oxidation zone was also divided. The computational model of CO index critical value in return air c omer was established. The study results showed that the mark gas of coal spontaneous combustion in Shendong Mining Area was CO, C2H4and C2H2which can be used as the sign for the coal spontaneous combustion initial stage, the acceleration stage and the intense oxidation stage. The critical value of the CO index in return comer was 90xl0~6. When the CO volume fraction reached 350xl0'6, the gob coal had reached the critical temperature which was 60 ^to 70 Tl.Key words: spontaneous combustion; mark gas; critical value; CO gas production rate; critical temperature《煤矿安全规程》(2016)“防灭火”部分增加了 “开采容易自燃和自燃煤层时，必须开展自然发火 监测工作，建立自然发火监测系统，确定煤层自然 发火标志气体及临界值，健全自然发火预测预报及 管理制度”的内容(第二百六十一条)[11。
沁裕煤矿综采工作面采空区煤自燃防治技术研究
沁裕煤矿综采工作面采空区煤自燃防治技术研究郭晓飞（山西兰花沁裕煤矿有限公司，山西晋城048212）摘要：沁裕煤矿综采工作面采空区存在着遗煤自燃的现象，本文采用理论分析、现场实测的方法对其发火原因进行了分析，并在此基础上提出了相应的煤自燃防治技术，同时对该防火效果进行了评估，得出在该防火技术的治理下采空区煤层自燃危险性已消除，达到了火灾防控的预期效果，满足矿井的正常安全生产。
关键词：遗煤自燃；理论分析；现场实测；煤自燃防治技术中图分类号:TD822文献标识码:A文章编号：1009-0797(2021)01-0078-03Study on prevention and control technology of coal spontaneous combustionin goaf of Qinyu coal mineGUO Xiaofei(Shanxi Orchid Qinyu Coal Mine Co.,LTD.,Jincheng048212,China)Abstract:There is a risk of coal spontaneous combustion in the goaf of Qinyu coal mine.In this paper,the causes of coal spontaneous combustion are analyzed by theoretical analysis and field measurement.On this basis,the corresponding prevention and control technology of coal spontaneous combustion is proposed,and the fire prevention effect is evaluated.It is concluded that the risk of coal spontaneous combustion has been eliminated,and the expected effect of fire prevention and control has been achieved The normal safety production of the mine is sufficient.Key words:Spontaneous combustion of residual coal;theoretical analysis;Field measurement;Prevention and control technology of coal spontaneous combustion0引言在回采技术不断进步的条件下，工作面的采高也随之不断增高、产量不断加大、日推进速度也在不断加快叫与此同时，采空区的遗煤量也在不断增加，漏风分布复杂、对周围煤岩的采动影响增强、煤岩体宏观裂隙更为发育、冒落空间大等问题也愈加严重，在这些因素的共同影响下,采空区内的遗煤自燃几率急剧增加,从而导致采空区内频繁发火円,若不对其进行及时有效的治理，势必会引起重大的煤矿安全生产事故的发生,造成难以挽回的财产损失札沁裕煤矿综采工作面埋深达到了570m,该综采工作面采高较高,采空区内遗煤量较多,存在着较高的发火几率，探究诱发该工作面采空区内的发火原因并针对性的提出治理措施已成为当前该矿急需解决的首要任务。
11506采空区注氮效果报告
11506采空区注氮效果报告
一、11506采空区概况：
11506切眼长150米，目前共回采110米，平均采高4米，采空区体积约：150m×110m×4m=66000m³
二、11506工作面上隅角气体、采空区气体和采空区注氮情况：
三、7月13日注氮期间最后十组支架（90#-99#）架间和上隅角氧气情况：
根据上表中数据分析，上隅角氧气浓度呈下降趋势，最后十组支架间氧气浓度变化趋势符合工作面通风路线轨迹，判断目前11506采空区基本注满氮气。
四、结论：
11506工作面切眼长150米，目前共回采110米，未放顶煤平均采高4米，采空区体积约66000m³；从2月7日-7月13日对11506采空区注氮共计11次，累计注氮量63070m³，根据每次注氮后人工采取采空区气体束管化验结果中氧气浓度变化，现11506采空区氧气浓度17.6%；及7月13日注氮期间上隅角氧气浓度（现最低17.8%）变化趋势分析，目前11506采空区基本注满氮气。
针对目前11506工作面回采不正常（推进慢）实际情况，决定从下周开始11506工作面注氮执行一个班作业，或根据注氮期间上隅角和支架间氧气检测情况适当缩短注氮时间，防止氮气溢出氧气浓度降低发生窒息事故，确保工作面安全生产；如果工作面实际情况有变化（推进正常），可以结合实际继续执行两个班连续注氮作业。
判断采空区依据
判断采空区主要依据以下几个方面的信息和方法：
1. 地质勘探数据：
- 地质钻探资料：通过地质钻孔揭示地下煤层开采后的空间分布情况，分析钻孔揭露的煤层缺失、厚度变薄或突然中断等情况。
- 地震波速测试：利用地震波在地下的传播特性变化来推断是否存在采空区，因为采空区与完整岩体相比，其地震波速度会有明显差异。
2. 物探技术应用：
- 电磁法（如瞬变电磁法、大地电磁法等）：探测地下导电率异常区域，由于采空区往往形成含水的空洞，其导电性能与周围岩石不同。
- 地电阻率法：测量地表电阻率的变化，发现因开采造成的地下结构变化。
- 气体检测法：如氡气测量法，可以通过检测地下逸出气体浓度的变化来识别可能存在的采空区。
- 微震监测：对微弱地震信号进行监测，开采活动可能会引起微震，通过定位微震源可以推测出潜在的采空区位置。
3. 地表变形特征：
- 地表塌陷：观察地面是否有塌陷坑、裂缝、倾斜等地质灾害现象，这是采空区上方地表常见的直接表现。
- 建筑物损坏：建筑物出现裂缝、下沉、倾斜等异常情况，可能是由于地下采空区导致的地基不稳。
4. 遥感技术：
- 卫星遥感影像分析：通过高分辨率卫星影像识别地表形态及植被覆盖等细微变化，间接推测地下采空区。
5. 工程地质测绘与历史资料收集：
- 收集矿山开采历史记录、巷道布置图、开采平面图等资料，结合实地测绘，可以较准确地判断已知或潜在的采空区范围。
6. 监测井与地下水位监测：
- 设置监测井观测地下水位变化，若存在采空区，地下水位可能因开采造成疏干而发生显著变化。
综上所述，判断采空区通常需要综合运用多种技术和方法，根据实际情况选择合适的手段。
采空区注氮对瓦斯爆炸危险区的影响数值模拟
第52卷第3期2021年3月Safety in Coal Mines Vol.52 No.3 Mar. 2021移动扫码阅读D O I: 10.13347 /j.c n k i.m kaq .2021.03.038李芸卓，苏贺涛，季淮君.采空区注氮对瓦斯爆炸危险区的影响数值模拟[J].煤矿安全，2021,52(3)：211-216.LI Yunzhuo, SU Hetao. Jl Huaijun. Numerical simulation of e'ffect of nitrogen injection on gas explosion hazard in go af[j]. Safety in Coal Mines, 2021. 52(3): 211-216.采空区注氮对瓦斯爆炸危险区的影响数值模拟李芸卓苏贺涛季淮君|二(1.中国地质大学（北京）工程技术学院，北京丨0()083;2.中国地质大学（北京）国土资源部深部地质钻探技术重点实验室,北京100083)摘要：为研究注氮对高瓦斯矿井采空区内瓦斯爆炸危险区的影响，以安徽许疃煤矿3235工作面为实例，使用C0M S0L多物理场耦合模拟软件建立采空区注氮模型，分析了不同注氮流量及注氮位置条件下采空区气体运移规律，并依据线性叠加的数学原理对采空区瓦斯爆炸危险区进行划分，分析其分布特征。
通过对比研究发现：随采空区注氮流量的增加，爆炸所需最低浓度的氧气和爆炸极限内的甲烷，分别有向工作面和采空区移动的趋势，瓦斯爆炸危险区的最大宽度以及面积均呈现减小趋势；注氮位置和瓦斯爆炸所需氧气体积分数的危险区域，在一定范围内呈现负相关性。
关键词：采空区；瓦斯爆炸危险区；注氮流量；注氮口位置；负相关中图分类号:TD712 文献标志码：A文章编号：丨003-496)((202丨）03-02丨卜()6Numerical simulation of effect of nitrogen injection on gas explosion hazard in goafU Yunzhuo'-2, SU Hetao12, JI Huaijun12{\.School o f Engineering and Technology, China University o f Geosciences iBeijing), Beijing100083, China;2.Key Lal)〇rat〇7~y of Deep Geo-drilling Technolog}. Ministry o f Natural Resources, China University oj Ceosciences (Beijing), Beijing100083, China) A bstract：In order to study the effect of nitrogen injection on the gas explosion danger zone in the goaf of high-gas mines, taking the 3235 working face of a coal mine in Anhui Provinc e as an example, the COMSOL niultiphysics coupling simulation software was used to establish a model of nitrogen injection in the goaf, and the gas migration laws of goaf under differen! nitrogen injection flow rates and nitrogen injection positions were analyzed. According to the mathematical principle of linear superposition, the gas explosion hazard area of goaf is divided and its distribution characteristics are analyzed. Through comparative study, it is found that with the increase of nitrogen injection flow in the goaf, the oxygen with the lowest concentration recjuired for the explosion and the methane within the explosion limit have the tendency to move towards the working face and the goaf respectively, and the maximum width and area of the gas explosion hazard area show a trend of decrease. The nitrogen injection position and the hazard area of the volume fraction of oxygen required for a gas explosion showed a negative correlation.Key w ords：goaf; gas explosion danger zone; nitrogen injec tion How rate: nitrogen injection position; negative correlation采空区是煤矿灾害事故的主要源头m。
色连煤矿采空区自燃“三带”划分与火灾防治
色连煤矿采空区自燃“三带”划分与火灾防治许宏【摘要】根据色连一矿冲沟发育地貌8101大采高工作面的实际情况,沿采空区倾向布置了束管监测系统.通过对采空区O2浓度及CO体积分数的分析和数值拟合,绘制出了氧浓度分别为18％、15％、11％和7％的等值线图,并且与实际情况相符,进而确定出8101工作面采空区自燃“三带”的范围.最后,根据划分的“三带”范围,确定了埋管注氮的现场防灭火方案,有效地防止了采空区遗煤自燃,保证了工作面的安全回采.【期刊名称】《同煤科技》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】4页(P17-20)【关键词】冲沟发育;采空区;埋管注氮【作者】许宏【作者单位】内蒙古同煤鄂尔多斯矿业公司【正文语种】中文【中图分类】TD75+20 引言色连一矿位于内蒙古鄂尔多斯市东胜区罕台镇附近，具有典型的冲沟发育地貌，该地质特征缩短了工作面周期来压步距，进而影响了采空区自燃“三带”的范围。
煤层的吸氧量在0.46 cm3/g～0.95 cm3/g，自然发火期为40天～60天，属易自燃煤层，在开采过程中存在采空区遗煤自然发火问题。
为了保证矿井安全高效回采，防止采空区遗煤自燃，对2-2上煤层8101工作面采空区自燃“三带”进行划分很有必要。
目前，采空区自燃“三带”的划分一般有三种。
其中基于氧体积分数的标准最为常用，一般以18%作为划分散热带和氧化带的标准，以7%作为划分氧化带和窒息带的标准[1]。
因此，确定采空区自燃“三带”的范围和选择合适的防灭火方案，对于防止采空区遗煤自燃具有重要意义。
1 工作面概况2-2上煤层8101工作面为我矿首采工作面，倾斜长度280 m，走向长度2 008 m，煤层埋深135 m，平均厚度3.84 m，倾角1°～3°，煤层赋存稳定。
工作面顶板岩性主要为粉砂岩和细粒砂岩，底板岩性主要为砂质泥岩及粉砂岩。
煤层灰分14.38%，挥发分34.73%，干基硫0.49%，具有爆炸危险性。
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
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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
3#煤层自然发火标志气体及临界值确定
3#煤层自然发火标志气体及临界值确定王永敬【摘要】为做好综放工作面自然发火分级预警,以主采的3#煤层为研究对象,通过程序升温实验、现场测试及统计分析的方法,优选出煤层的自然发火标志气体和确定得到工作面采空区、回风隅角和回风流中CO指标临界值,并依此建立了工作面煤自然发火分级复合指标预警体系.结果表明:采空区、回风隅角和回风流中CO浓度临界值分别为242×10-6、59.6×10-6和20×10-6;各个区域建立绿(I级)、蓝(II 级)、橙(III级)和红(IV级)共4级预警响应.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)004【总页数】6页(P195-199,204)【关键词】综放工作面;自然发火;标志气体;临界值;预警体系【作者】王永敬【作者单位】煤炭科学研究总院,北京 100013;煤科集团沈阳研究院有限公司,辽宁沈阳 110016;煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁抚顺 113122【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.2煤自燃火灾是威胁煤矿安全生产的5大灾害之一[1-4]，全国近80%的开采煤层具有自燃倾向性，国有重点煤矿开采的厚煤层大部分都存在煤自然发火问题[5-6]。
每年因煤火引起的灾害事故超过4 000起，造成了重大人员伤亡和财产损失。
工作面采空区煤自燃已严重威胁着矿井安全生产。
为此《煤矿安全规程》第二百六十一条及其执行情况说明规定：“开采容易自燃和自燃煤层时，必须开展自然发火监测工作，建立自然发火监测系统，确定煤层自然发火标志气体及临界值，健全自然发火预测预报及管理制度。
”近年来，自然发火标志气体优选和临界值大多通过实验室实验利用气体分析法获得[7-10]。
而CO产生受煤层本身性质、采掘条件等因素影响，仅靠实验获得其临界值已不能准确指导现场实际生产。
新疆哈密某矿主采3#煤层，吸氧量为0.99 cm3/g，属于容易自燃煤层，存在低温易氧化等特点。
综放工作面采空区三带分布规律
综放工作面采空区“三带”分布规律分析曾海利，李川，赵洪伟（内蒙古伊泰煤炭股份有限公司煤炭生产事业部技术中心，内蒙古鄂尔多斯017000）摘要：通过在阳湾沟煤矿6202综放工作面采空区现场埋管观测，取得了采空区内进、回风侧不同测点距工作面不同距离处温度、O2、CO气体浓度等参数，分析得到了采空区内O2浓度及漏风强度的分布规律。
依据“三带”划分方法对阳湾沟煤矿自燃危险区域进行了划分，确定了6202综放工作面采空区“三带”范围，并根据氧化升温带宽度及浮煤最短自然发火期确定了工作面极限推进速度。
关键词：综放工作面；采空区；三带；自然发火；极限推进速度中图分类号：TD75+2．2文献标志码：B文章编号：1003－496X（2012）05－0137－04Analysis of Distribution Laws of"Three Zones"in Gob of Fully－mechanized Caving FaceZENG Hai－li，LI Chuan，ZHAO Hong－wei（Coal Production Department Technology Centre，Inner Mongolia Yitai Coal Co．，Ltd，Ordos017000，china）Abstract：This paper gets the parameters of temperature，O2and CO at different distances of different measuring points in the intake and return side from working face by site buried tube observation in the gob of Yangwangou coal mine6202fully－mechanized cavingface，and gets the distribution laws of O2concentration and air leakage intensity in the gob．The hazardous area of spontaneous combus-tion in Yangwangou coal mine is divided by"three zone"division method，and the scope of the"three zones"in the gob of6202fully －mechanized caving face is determined．The limited advance speed of working face is determined by the width of the oxidation and heat accumulation zone and the shortest time of floating coal spontaneous combustion．Key words：fully－mechanized caving face；gob；three zones；spontaneous combustion；limited advance speed阳湾沟煤矿6202综放工作面可采总走向长度514m，倾斜长度150m。
煤矿井下气体允许浓度
二氧化硫
SO2
无爆炸性
0.0005
来源于含硫煤炭氧化自燃、含硫煤岩爆破、硫化矿物氧化等
剧毒气体；0.002%时流泪、咳嗽、头痛；0.05%急性支气管炎、肺水肿、短时间死亡。
硫化氢
H2S
有爆炸性
0.0006
4.3---46
3%感到疲劳；5%耳鸣、憋气；7%无力头疼；10%昏迷；15%失去知觉；20%窒息死亡
一氧化碳
CO
有爆炸性
0.0024
12.5---74
成煤过程；煤炭氧化；煤炭自燃
剧毒气体；0.016%轻微头痛；0.128%无力、呕吐、反应迟钝；0.5%丧失知觉、死亡；
二氧化氮
NO2
无爆炸性
0.00025
井下爆破作业，1㎏硝铵炸药爆破后，产生10L二氧化氮
煤矿井下有毒有害气体简介表
名称
分子式
性质
允许浓度/%
爆炸界限/%
主要来源
危害程度
甲烷
CH4
有爆炸性
1%
5----16
成煤过程中的伴生气体；煤矿开采时涌出；采空区涌出
无色、无味、难溶于水，标准状态下0.7618kg/m3；扩散速度是空气的1.34倍
二氧化碳
CO2
无爆炸性
1.5%
有机物和煤的氧化；爆破作业；人员呼吸
来源于有机物腐烂、含硫煤炭自燃和煤岩层释放等。
有毒气体；0.0001%有气味；0.001%轻度中毒、头晕；0.05-0.1%严重中毒、痉挛、死亡
氨气
NH3
有爆炸性
0.004
16----27
来源于炸药爆破、有机物氧化腐烂、用水熄灭燃烧的煤炭等
煤矿井下CO来源辨识与浓度超限原因研究——以内蒙古串草圪旦煤矿为例
㊀第４９卷第２期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４９㊀Ｎｏ ２㊀㊀２０２１年２月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｆｅｂ．２０２１㊀移动扫码阅读周效志，桑树勋，谷德忠，等．煤矿井下ＣＯ来源辨识与浓度超限原因研究 以内蒙古串草圪旦煤矿为例［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２１，４９（２）：１３８－１４４ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０２ ０１７ＺＨＯＵＸｉａｏｚｈｉ，ＳＡＮＧＳｈｕｘｕｎ，ＧＵＤｅｚｈｏｎｇ，ｅｔａｌ．ＳｔｕｄｙｏｎｉｄｅｎｔｉｆｙｓｏｕｒｃｅｓｏｆＣＯａｎｄｒｅａｓｏｎｓｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｖｅｒ⁃ｒｕｎｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｍｉｎｅ：ａｃａｓｅｓｔｕｄｙｏｆＣｈｕａｎｃａｏｇｅｄａｎＣｏａｌＭｉｎｅｉｎＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４９（２）：１３８－１４４ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０２ ０１７煤矿井下ＣＯ来源辨识与浓度超限原因研究以内蒙古串草圪旦煤矿为例㊀㊀周效志１，桑树勋１，２，３，谷德忠４，于海秋５，张泽文６（１．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州㊀２２１１１６；２．中国矿业大学低碳能源研究院，江苏徐州㊀２２１００８；３．中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室，江苏徐州㊀２２１００８；４．中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州㊀２２１１１６；５．开滦（集团）有限责任公司，河北唐山㊀０６００１８；６．中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙㊀４１００８３）摘㊀要：为准确辨识井下ＣＯ来源，查明ＣＯ异常涌出与浓度超限原因，更好指导煤矿安全生产工作㊂以内蒙古串草圪旦煤矿为研究实例，统计了该矿井下６１０３㊁６１０４和６１０６工作面１０５９个气样组分测试数据，分析了采煤工作面㊁密闭采空区ＣＯ浓度变化特征，确定了井下ＣＯ主㊁次要来源，探讨了地质因素㊁工程因素对ＣＯ浓度超限的影响㊂研究结果表明：所有统计气样中，ＣＯ与Ｏ２浓度具有较好的负相关性，ＣＯ浓度超限主要在工作面上隅角㊁支架㊁密闭采空区等通风条件较差的位置；ＣＯ主要来源于煤炭开采氧化自燃，局部存在煤天然氧化次生ＣＯ；开采煤层埋藏浅㊁小型逆断层发育及煤变质程度低是ＣＯ浓度超限的地质原因；工作面长度过大，通风方式不合理是ＣＯ浓度超限的工程原因；地质与工程因素共同作用下，煤炭开采氧化自燃ＣＯ与天然次生ＣＯ叠加涌出，导致在风流速度低的位置ＣＯ积聚而引起井下ＣＯ浓度超限㊂关键词：一氧化碳；来源辨识；浓度超限；低温氧化中图分类号：ＴＤ７１１．４㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２１）０２－０１３８－０７ＳｔｕｄｙｏｎｉｄｅｎｔｉｆｙｓｏｕｒｃｅｓｏｆＣＯａｎｄｒｅａｓｏｎｓｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｖｅｒｒｕｎｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｍｉｎｅ：ａｃａｓｅｓｔｕｄｙｏｆＣｈｕａｎｃａｏｇｅｄａｎＣｏａｌＭｉｎｅｉｎＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＺＨＯＵＸｉａｏｚｈｉ１，ＳＡＮＧＳｈｕｘｕｎ１，２，３，ＧＵＤｅｚｈｏｎｇ４，ＹＵＨａｉｑｉｕ５，ＺＨＡＮＧＺｅｗｅｎ６（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ㊀２２１１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬｏｗＣａｒｂｏｎＥｎｅｒｇｙ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ㊀２２１００８，Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉａｎｇｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｌ－ｂａｓｅｄＧｒｅｅｎｈｏｕｓｅＧａｓＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＵｔｌｉｚａｔｉｏｎ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ㊀２２１００８，Ｃｈｉｎａ；４．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｉｎｅｓ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ㊀２２１１１６，Ｃｈｉｎａ；５．Ｋａｉｌｕａｎ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔａｎｇｓｈａｎ㊀０６００１８，Ｃｈｉｎａ；６．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ㊀４１００８３，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２０－１２－０６；责任编辑：曾康生基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（４２０３０８１０）；开滦（集团）有限责任公司技术开发资助项目（技术２０１８－１）作者简介：周效志（１９８２ ），男，山东青州人，副教授，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｕｍｔｚｘｚ＠ｃｕｍｔ．ｅｄｕ．ｃｎ通讯简介：桑树勋（１９６７ ），男，河北唐山人，博士，教授，博士生导师㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｕｘｕｎｓａｎｇ＠１６３．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：ＩｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｔｈｅｓｏｕｒｃｅｏｆＣＯａｎｄｆｉｎｄｉｎｇｏｕｔｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｏｆａｂｎｏｒｍａｌＣＯｅｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｖｅｒｒｕｎｃａｎｇｕｉｄｅｃｏａｌｍｉｎｅｓａｆｅｔｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔａｋｉｎｇ６１０３，６１０４ａｎｄ６１０６ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｆａｃｅｓｏｆＣｈｕａｎｃａｏｇｅｄａｎＭｉｎｅｉｎＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅａｎｄｃｌｏｓｅｄｇｏａｆ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｍａｉｎａｎｄｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｏｕｒｃｅｓｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＣＯ，ａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｎＣＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｖｅｒｒｕｎ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓａｇｏｏｄｎｅｇａｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＣＯａｎｄＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｇａｓｓａｍｐｌｅｓ．ＣＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｖｅｒｒｕｎｍａｉｎｌｙｏｃｃｕｒｓｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒｃｏｒｎｅｒｏｆｍｉｎｉｎｇｆａｃｅ，ｓｕｐｐｏｒｔｓ，ｃｌｏｓｅｄｇｏａｆａｎｄｏｔｈｅｒｐｌａｃｅｓｗｉｔｈｐｏｏｒｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ＣＯｍａｉｎｌｙｃｏｍｅｓｆｒｏｍｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｏｘｉｄａｔｉｏｎｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｅｉｓｓｅｃｏｎｄａｒｙＣＯｉｎｃｏａｌｓｅａｍｎａｔｕｒａｌｌｙｏｘｉｄｉｚｅｄｌｏｃａｌｌｙ．ＴｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒｅａｓｏｎｓｏｆＣＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｖｅｒｒｕｎａｒｅｓｈａｌｌｏｗｂｕｒｉｅｄｃｏａｌｓｅａｍ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｒｅｖｅｒｓｅｆａｕｌｔａｎｄｌｏｗｃｏａｌｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｓｍｄｅｇｒｅｅ；ｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｅａｓｏｎｓｏｆＣＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｖｅｒｒｕｎａｒｅｔｏｏｌｏｎｇｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｍｏｄｅ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃａｃｔｉｏｎｏｆｇｅ⁃８３１周效志等：煤矿井下ＣＯ来源辨识与浓度超限原因研究 以内蒙古串草圪旦煤矿为例２０２１年第２期ｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ，ｔｈｅｍｉｎｉｎｇｏｘｉｄｉｚｅｄＣＯａｎｄｎａｔｕｒａｌｏｘｉｄｉｚｅｄＣＯｅｍｉｓｓｉｏｎｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ，ａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄｉｎｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｌｏｗａｉｒｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＣＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｅｘｃｅｅｄｉｎｇｔｈｅｌｉｍｉｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎｍｏｎｏｘｉｄｅ；ｓｏｕｒｃｅｉｎｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｖｅｒｒｕｎ；ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ０㊀引㊀㊀言ＣＯ浓度异常在工作面回采中日益受到高度重视，特别是开采煤层具有自然发火倾向的煤矿［１］㊂ＣＯ为有害气体，可造成人体缺氧窒息甚至死亡，因此‘煤矿安全规程“规定：除架间㊁上隅角㊁封闭采空区等通风条件较差的位置外，井下空气中ＣＯ的最高允许的体积分数为２４ˑ１０－６㊂对于井下ＣＯ的来源，多数学者认为主要在煤层自然发火过程中产生［２］㊂随着煤体温度升高，煤氧化并产生ＣＯ速率也相应增加［３－４］㊂近年来，部分学者发现井下尽管存在ＣＯ异常涌出，但并未发生煤层自燃，并通过井下气样组分分析㊁钻孔采样解吸㊁氧同位素测定等方法证实了部分煤层开采前就有ＣＯ赋存［５－８］㊂煤层原始赋存ＣＯ与煤化作用㊁构造运动㊁围岩封闭条件关系密切［９］㊂开采过程中，原始赋存的ＣＯ快速释放到采掘空间中，引起ＣＯ浓度超限㊂然而，上述情形下，煤层原始赋存ＣＯ并引起浓度超限的观点尚未达成广泛共识㊂内蒙古串草圪旦煤矿６１０３㊁６１０４㊁６１０６工作面ＣＯ浓度超限严重，科学辨识井下ＣＯ来源，查明ＣＯ浓度超限原因，可指导煤矿安全生产与矿井通风工作，并为火灾预测㊁预报提供参考㊂笔者以６１０３㊁６１０４㊁６１０６工作面为研究对象，统计了井下１０５９个气样组分测试数据，分析了采煤工作面㊁密闭采空区ＣＯ浓度变化特征，提出了新的煤矿井下ＣＯ成因划分方案，并结合煤低温氧化试验㊁采空区监测及煤层 三史 模拟，确定了ＣＯ的主㊁次要来源，探讨了地质与工程因素对ＣＯ浓度超限的协同控制作用，对相似地质㊁工程条件区煤矿ＣＯ防治工作具有借鉴意义㊂１㊀地质与工程背景１．１㊀矿区地质条件串草圪旦煤矿位于准格尔煤田南部，构造位置为鄂尔多斯盆地东北缘，华北地台晚古生代聚煤盆地北缘㊂区内发育地层由老至新为：奥陶系中下统（Ｏ１＋２）㊁石炭系上统－二叠系下统太原组（Ｃ２－Ｐ１ｔ），二叠系下统山西组（Ｐ１ｓ）㊁二叠系中统下石盒子组（Ｐ２ｘ）㊁新近系（Ｎ）㊁第四系（Ｑ）㊂矿区构造形态与准格尔煤田南部区域构造形态基本一致（图１），煤岩层产状主要受近东西向老赵山梁背斜和与之相伴生的双枣沟向斜影响，为一宽缓向斜构造，地层走向近东西，向斜两翼倾角１ʎ５ʎ㊂图１㊀准格尔煤田南部构造纲要Ｆｉｇ．１㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｕｔｌｉｎｅｏｆｓｏｕｔｈｅｒｎＪｕｎｇｇａｒＣｏａｌｆｉｅｌｄ矿区内共含煤６层，自上而下分别为４㊁５㊁６㊁９上㊁９㊁９下㊂其中，４㊁５煤层赋存于山西组，６㊁９上㊁９㊁９下赋存于太原组上段㊂当前开采的６煤层位于太原组上部第２岩段，地表见煤层露头㊂６煤层厚度１．１ １５．２ｍ，平均煤厚１０．０ｍ㊂６煤层为低水分㊁低灰分㊁高挥发分的不黏煤㊁长焰煤，煤层结构简单至复杂，含夹矸０ ６层㊂煤层顶底板岩性以泥岩㊁砂质泥岩㊁粉砂岩为主㊂区内勘探钻孔揭露的６煤深度为７１．９ ２３５．１ｍ，平均深度１３６．２ｍ，处于ＣＯ２－Ｎ２带㊂１．２㊀煤矿建设与生产串草圪旦煤矿采用斜井开拓方式，已形成主㊁副㊁风３条斜井，均在６煤层落平㊂矿井通风系统采用中央并列式，通风方式为机械抽出式㊂６１０３㊁６１０４㊁６１０６工作面均位于一水平一盘区６煤层，自东向西依次排列，煤层平均埋深分别为１２５㊁１１５㊁１００ｍ㊂工作面采用 一进一回 的 Ｕ 型全负压通风，工作面主运巷进风，辅运巷回风㊂６１０３工作面煤层倾角３ʎ １２ʎ，平均倾角５ʎ；煤层厚度８．７ １４．２ｍ，平均煤厚１２．７ｍ；煤层结构复杂，含１ ３层夹矸，夹矸沉积不稳定，岩性变化较大㊂６１０４工作面为左工作面，设计采高３．８ｍ，放煤高度９．０ｍ，推进速度４ｍ／ｄ㊂６１０６工作面煤厚１２．７ｍ，煤层倾角约５ʎ㊂９３１２０２１年第２期煤炭科学技术第４９卷２㊀井下ＣＯ浓度超限特征２．１㊀井下采样测试结果在串草圪旦煤矿６１０３㊁６１０４㊁６１０６工作面的支架间㊁采空区㊁上隅角㊁主辅运巷气体观测孔㊁开切眼㊁煤层底板等位置采集气样，测定ＣＯ浓度，统计结果如图２所示㊂由图可见，ＣＯ体积分数为０ １３７３ˑ１０－６，其值高于２４ˑ１０－６的气样数量占１０５９个，占统计样的５１．３％，表明ＣＯ体积分数超限较严重㊂６１０３工作面４８３个气体样品ＣＯ体积分数平均为５６ˑ１０－６，６１０４工作面３１９个气体样品ＣＯ体积分数平均为３９ˑ１０－６，６１０６工作面２５７个气体样品ＣＯ体积分数平均为７２ˑ１０－６，且ＣＯ体积分数偏高的气样主要采集于工作面上隅角㊁工作面支架㊁密闭采空区㊁主运巷与辅运巷气体观测孔㊂图２㊀工作面采集气样中ＣＯ体积分数变化Ｆｉｇ．２㊀ＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆＣＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｇａｓｓａｍｐｌｅｓ２．２㊀采煤工作面ＣＯ浓度变化６１０３工作面回采过程中发生ＣＯ涌出异常，上隅角ＣＯ体积分数最高值１０８ˑ１０－６，工作面及回风流ＣＯ最高值１０７ˑ１０－６㊂６１０４工作面初次放顶及回采期间多次出现ＣＯ涌出异常，且靠近回风巷支架㊁上隅角处及回风流中ＣＯ浓度明显偏高（图３）㊂通过增压通风㊁地面填埋裂隙及采空区埋管注氮等措施，工作面㊁上隅角㊁回风流ＣＯ浓度得到控制㊂当恢复正常全负压通风后，６１０４工作面底板ＣＯ浓度有升高趋势，其体积分数最高达６８ˑ１０－６㊂６１０６工作面因煤炭滞销而停产时，３０ ５０号支架间ＣＯ体积分数达（５０ ８０）ˑ１０－６；当工作面恢复生产后，采取加快推进不放煤㊁加大进风量㊁地表人工填埋塌陷裂缝等措施，ＣＯ浓度仍难以有效控制，工作面中部ＣＯ体积分数高达（３００ ４００）ˑ１０－６，束管监测气体组分分析发现烯烃，出现煤层自燃迹象㊂２．３㊀密闭采空区ＣＯ浓度变化６１０４工作面密闭采空区ＣＯ浓度监测过程中总体呈增加趋势㊂由于先期埋设的束管较深，重新铺图３㊀６１０４工作面不同位置ＣＯ体积分数监测结果Ｆｉｇ．３㊀ＣＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆＮｏ．６１０４ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｆａｃｅ设机尾监测束管后６１０４密闭采空区采样㊁监测位置改变，导致所测气样ＣＯ浓度存在突然下降㊂铺设机尾监测束管后，新监测位置气体中ＣＯ浓度与监测时间呈一元线性正相关关系㊂６１０６工作面ＣＯ体积分数＞９６ˑ１０－６的气样全部来自采空区㊂与６１０４工作面密闭采空区相比，６１０６工作面密闭采空区ＣＯ浓度明显偏高，体积分数在（２００ １２００）ˑ１０－６范围㊂连续监测过程中，主运密闭与辅运密闭处ＣＯ浓度均快速升高，并在连续监测４０ｄ后达到峰值㊂ＣＯ浓度对比发现，辅运密闭处ＣＯ体积分数均高于主运密闭，两者差值约为３００ˑ１０－６㊂３㊀ＣＯ成因类型与来源辨识３．１㊀ＣＯ成因类型结合煤层形成过程与井下ＣＯ涌出来源差异，将煤矿井下ＣＯ划分为原生㊁次生及煤炭开采氧化自燃３种成因类型㊂原生ＣＯ主要依靠微生物对成煤有机物分解作用及温度㊁压力影响下的煤化作用产生［９］；次生ＣＯ生成受成煤期后构造抬升氧化㊁地下水或微生物活动的共同影响；煤炭开采氧化自燃ＣＯ生成于矿井通风㊁煤岩切割过程，包括采空区漏风氧化自燃气㊁地表采动裂隙漏风氧化自燃气㊁采空区残煤漏风氧化自燃气等（表１）㊂当煤矿井下ＣＯ浓度超限时，应基于原生㊁次生㊁煤炭开采氧化自燃ＣＯ赋存及涌出特征，结合井下煤岩体㊁工作面及采空区监测，尽快查明ＣＯ来源及异常涌出原因，进而评估煤层自燃的风险，避免因非自燃因素产生ＣＯ的叠加影响导致煤层自燃误报㊂此外，查明井下ＣＯ的成因类型，区分ＣＯ浓度超限为自燃迹象或非自燃迹象，也可为采取针对性的ＣＯ防治措施提供依据㊂０４１周效志等：煤矿井下ＣＯ来源辨识与浓度超限原因研究 以内蒙古串草圪旦煤矿为例２０２１年第２期表１㊀煤矿井下ＣＯ成因类型划分Ｔａｂｌｅ１㊀ＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＣＯｔｙｐｅｓｉｎｃｏａｌｍｉｎｅＣＯ成因类型ＣＯ典型特征生成方式赋存方式涌出方式监测方式原生ＣＯ原生生物成因气煤化作用成因气构造变质成因气煤岩组分吸附［１０］顶底板吸附㊁游离态赋存解吸㊁渗流涌出至采掘空间煤岩体监测工作面监测次生ＣＯ天然氧化自燃气次生生物气吸附㊁游离态赋存于煤层及围岩中，特别是断层附近解吸㊁渗流涌出至采掘空间煤岩体监测工作面监测煤炭开采氧化自燃ＣＯ采空区漏风氧化自燃气地表采动裂隙漏风氧化自燃气采空区残煤漏风氧化自燃气工作面煤壁通风氧化自燃气割煤破岩氧化脱羰分解气游离态为主，多数扩散至采掘空间扩散至采掘空间，或积聚于工作面通风不畅位置工作面监测采空区监测３．２㊀井下ＣＯ来源辨识３．２．１㊀ＣＯ主要来源基于煤中ＣＯ成因类型划分，结合井下气体组分测试㊁煤低温氧化试验与密闭采空区ＣＯ浓度监测结果分析，认为串草圪旦煤矿井下ＣＯ主要来源于煤炭开采所引起的煤层氧化自燃，且主要为工作面煤壁通风氧化自燃气和地表采动裂隙漏风氧化自燃气㊂理由如下：１）井下气体中ＣＯ浓度与Ｏ２㊁Ｎ２㊁ＣＨ４浓度存在较好的相关性㊂以Ｏ２为例，Ｏ２浓度与ＣＯ浓度总体呈线性负相关关系，其包络线呈三角形（图４）㊂当Ｏ２体积分数＞１４％或＜２％时，ＣＯ浓度相对较低㊂分析认为，Ｏ２体积分数＜２％，不能支撑煤与氧发生反应，煤低温氧化产生ＣＯ减少［１１］；Ｏ２体积分数＞１４％，表明工作面通风条件好，煤氧化产生的ＣＯ被风流稀释；当Ｏ２体积分数为２％ １４％时，煤被氧化产生大量ＣＯ，且在风流速度慢或漏风条件下形成ＣＯ积聚，导致ＣＯ浓度超限㊂图４㊀井下工作面采集气样中Ｏ２与ＣＯ浓度相关性Ｆｉｇ．４㊀ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＯ２ａｎｄＣＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｉｎｇｆａｃｅ２）煤低温氧化试验与密闭采空区监测ＣＯ浓度变化具有高度相似性（图５）㊂６１０４工作面煤样低温氧化试验密闭容器中ＣＯ浓度与氧化时间，６１０４工作面密闭采空区ＣＯ浓度与监测时间均呈显著的一元线性正相关关系，相关系数Ｒ２＞０．９４㊂低温氧化模拟试验数据和井下监测数据高度吻合，表明采空区ＣＯ产生与积聚过程与密闭环境下煤低温氧化关系密切㊂图５㊀煤低温氧化试验与密闭采空区监测ＣＯ浓度变化Ｆｉｇ．５㊀ＣＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｓｂｙｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎａｎｄｃｌｏｓｅｄｇｏａｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ３．２．２㊀井下ＣＯ次要来源６１０４工作面未受采动影响区钻孔法气体采样测试发现：气样中ＣＯ体积分数为（５ １５）ˑ１０－６，平均９ˑ１０－６，表明煤层中原始赋存一定的ＣＯ，且主要以游离态赋存于煤层底板砂岩及裂隙中㊂结合该矿区地质勘探及多位学者的研究成果，确定模拟所需剥蚀时限及厚度［１２］㊁大地热流值变化［１３－１４］㊁古水深［１５－１７］等参数，利用ＰｅｔｒｏＭｏｄ１Ｄ对６煤沉积埋藏史㊁受热史㊁有机质成熟史进行模拟，结果表明：区域沉积演化过程可划分Ｃ２－Ｔ３㊁Ｊ１－Ｊ２－３㊁Ｋ１㊁Ｋ３－Ｑ四个阶段㊂早白垩世快速埋藏条件下，上古生界最大埋１４１２０２１年第２期煤炭科学技术第４９卷深达１７００ｍ，煤层所经历的最高地温达８０ ９０ħ，烃源岩镜质体反射率Ｒｏ大于０．５％，进入生烃门限；晚白垩世至今，矿区处于持续隆升状态，导致部分二叠系及上覆地层被大幅度剥蚀，煤层埋藏变浅或于地表露头（图６）㊂图６㊀煤层沉积埋藏与热演化史Ｆｉｇ．６㊀Ｃｏａｌｓｅａｍｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｍａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｈｉｓｔｏｒｙ综合上述模拟结果：白垩纪之前，煤层埋藏浅且热演化程度低，尽管可能产生原生ＣＯ，但在长期浅埋藏条件下难以保存㊂次生ＣＯ主要生成于晚白垩世构造抬升后煤中有机质的氧化，成因类型上属于 天然氧化自燃气 ㊂特别是在压性逆断层带附近，更有利于 天然氧化自燃气 的生成与保存［９］；次生ＣＯ在采动影响下快速扩散至工作面，对ＣＯ浓度超限具有一定影响㊂在通风条件良好时，次生ＣＯ被快速稀释［１８］；但当局部通风条件变差时，次生ＣＯ与煤炭开采氧化自燃ＣＯ叠加，可引起ＣＯ浓度超限㊂４㊀ＣＯ浓度超限原因与防治措施４．１㊀ＣＯ浓度超限的地质原因４．１．１㊀开采煤层埋藏浅矿区６煤顶板主要为砂岩㊁泥页岩㊁粉砂质泥页岩，顶部为厚度１０ ５８ｍ的第四系黄土层，基岩岩性以中硬岩石类型为主㊂根据经验公式计算中硬覆岩裂缝带发育高度，结果见表２㊂表２㊀不同采高下中硬类型覆岩裂缝带发育高度Ｔａｂｌｅ２㊀Ｈｅｉｇｈｔｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｚｏｎｅｉｎｍｅｄｉｕｍｈａｒｄｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｎｉｎｇｈｅｉｇｈｔｓ采高／ｍ不同计算公式得覆岩裂缝带发育高度Ｈｌｉ／ｍ（ðＭ为累计采高）式（１）Ｈｌｉ＝１００ðＭ１．６ðＭ＋３．６ʃ５．６式（２）Ｈｌｉ＝２０ðＭ＋１０经验倍数１０ ２２倍１０４５．４ ５６．６７３．２４１００ ２２０１１４６．３ ５７．５７６．３３１１０ ２４２１２４７．０ ５８．２７９．２８１２０ ２６４１３４７．７ ５８．９８２．１１１３０ ２８６㊀㊀６１０３㊁６１０４㊁６１０６工作面采高１０ １３ｍ，６煤埋深仅６０ １５０ｍ，计算覆岩裂缝带发育高度接近或超过上覆基岩厚度㊂此外，由于地表受雨水冲刷表土层流失，岩壁陡峭，采煤过程中可在工作面上方地表观察到较多的采动裂缝㊂裂缝产生时，先是张开一条细细的弧状缝隙，长为５ ８ｍ，间距８ １５ｍ；而后，裂缝张口宽度逐渐增大，长度也逐渐延伸㊂地表采动裂缝发育，一方面会使大气沿采动裂缝进入采空区，导致煤低温氧化产生大量ＣＯ；另一方面，裂缝和工作面导通也会加剧工作面漏风，引起煤炭开采氧化自燃ＣＯ与次生ＣＯ积聚㊁超限㊂４．１．２㊀逆断层封存作用矿区内虽未发现较大规模断层，但煤矿生产中揭露了３９条小断层，其中１８条为逆断层㊂由于逆断层对煤层及井底板中赋存的气体具有良好的封存作用，使逆断层附近具备次生ＣＯ生成与保存条件㊂煤矿生产中，逆断层附近监测表明：气体中ＣＯ体积分数显著高于常规构造位置，最高可达２６１ˑ１０－６，表明逆断层封闭作用是局部ＣＯ浓度超限的重要原因㊂４．１．３㊀煤变质程度较低煤变质程度高低直接决定其氧化能力的强弱㊂低变质程度煤与氧结合的能力最强，更易于发生低温氧化反应，产生更多的ＣＯ［２］㊂串草圪旦煤矿６煤为较低变质程度的不黏煤㊁长焰煤，鉴定为具有自燃倾向，属于Ⅰ级容易自燃煤层，因此为常温条件下煤炭开采氧化自燃ＣＯ的形成创造了条件㊂４．２㊀ＣＯ浓度超限的工程原因４．２．１㊀工作面长度过大６１０３㊁６１０４㊁６１０６工作面长度分别为１４８㊁１４８㊁１２７ｍ，连续推进长度分别为１８０９㊁２０１９㊁７６７ｍ㊂结合实际采煤推进速度与通风效果来看，工作面长度与连续推进长度过大，是导致ＣＯ浓度超限的重要原因：①工作面长度过大，降低了回采推进速度，２４１周效志等：煤矿井下ＣＯ来源辨识与浓度超限原因研究 以内蒙古串草圪旦煤矿为例２０２１年第２期增加了采空区遗煤的氧化时间及ＣＯ生成量［１９］；②工作面长度过大，导致负压通风条件下进回风巷的压力差增大，采空区内的漏风量及氧化带宽度也相应增加，为采空区遗煤低温氧化提供了有利条件［２０］；③工作面连续推进长度过大，拉长了工作面回采时间，导致回采中后期地表裂缝大量发育，加剧了空气进入采空区导致遗煤氧化及地表裂缝漏风（图７）㊂图７㊀６１０４工作面地表漏风强度与上隅角ＣＯ浓度关系Ｆｉｇ．７㊀ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎａｉｒｌｅａｋａｇｅａｎｄＣＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｕｐｐｅｒｃｏｒｎｅｒｏｆＮｏ．６１０４ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｆａｃｅ４．２．２㊀通风方式不合理串草圪旦煤矿为典型的浅埋藏㊁大采高矿井，工作面回采中地表塌陷所形成的采动裂隙造成漏风，使井下通风状况出现异常㊂特别是在工作面负压通风方式下，部分地表裂缝与覆岩裂缝贯通造成地表空气进入工作面，引起工作面通风紊乱，导致局部因通风条件差而形成ＣＯ积聚㊂后期采用均压通风技术后，实践证明能够有效控制地表裂缝漏风及局部ＣＯ积聚，并将上隅角ＣＯ体积分数控制在２４ˑ１０－６之内㊂４．３㊀ＣＯ浓度超限的防治措施结合ＣＯ来源与超限原因的分析，串草圪旦煤矿井下ＣＯ浓度超限防治，首先需深入研究矿区范围内次生ＣＯ赋存规律，合理评价次生ＣＯ赋存对其浓度超限的区域性影响，并在构造复杂区域采取针对性的ＣＯ监测与防控措施；其次，应及时清理遗煤㊁煤尘防止其快速氧化，添加阻化剂对遗煤进行惰化处理，定期检查并处理密闭采空区漏风情况；再次，向采空区内注氮㊁注胶㊁注浆㊁注三相泡沫以减少漏风量，对采空区之上地表采动裂隙进行填埋处理，抑制煤炭开采过程中氧化自燃ＣＯ的产生；最后，结合局部安装通风设备进行增压㊁均压通风，实现井下ＣＯ浓度超限的工程控制㊂５㊀结㊀㊀论１）串草圪旦煤矿井下ＣＯ体积分数为０ １３７３ˑ１０－６，高于２４ˑ１０－６的气样数量占统计气样的５１．３％，表明ＣＯ浓度超限问题严重㊂井下ＣＯ浓度超限主要在工作面上隅角㊁工作面支架㊁密闭采空区㊁主运巷与辅运巷气体观测孔等通风条件较差的位置㊂２）根据ＣＯ形成过程与成因类型差异，煤矿井下ＣＯ可划分为原生㊁次生和煤炭开采氧化自燃ＣＯ三类㊂串草圪旦煤矿井下ＣＯ主要来源于煤炭开采所引起的煤层氧化自燃，逆断层附近煤层及底板中赋存煤天然氧化而产生的次生ＣＯ，原生ＣＯ大量保存的可能性较低㊂３）开采煤层埋藏浅㊁逆断层发育及煤变质程度低是ＣＯ浓度超限的地质原因；工作面长度过大，通风方式不合理是ＣＯ浓度超限的工程原因㊂地质与工程因素协同作用下，煤炭开采氧化自燃ＣＯ与次生ＣＯ叠加涌出，并在风流速度低的位置积聚，引起井下ＣＯ浓度超限㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀朱令起，周艺婷，王鑫源，等．火成岩影响区ＣＯ异常涌出机理及预测研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（８）：１５２－１５７．ＺＨＵＬｉｎｇｑｉ，ＺＨＯＵＹｉｔｉｎｇ，ＷＡＮＧＸｉｎｙｕａｎ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａ⁃ｎｉｓｍａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＣＯａｂｎｏｒｍａｌｅｍｉｓｓｉｏｎｉｎｉｇｎｅｏｕｓｒｏｃｋｉｎｔｒｕ⁃ｓｉｏｎａｒｅａ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（８）：１５２－１５７．㊀［２］㊀王涌宇，邬剑明，王俊峰，等．煤氧化过程中ＣＯ生成机理的原位红外实验研究［Ｊ］．煤炭学报，２０１６，４１（２）：４５１－４５７．ＷＡＮＧＹｏｎｇｙｕ，ＷＵＪｉａｎｍｉｎｇ，ＷＡＮＧＪｕｎｆｅｎｇ，ｅｔａｌ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＣＯｉｎｃｏａｌｏｘｉｄａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｉｎ－ｓｉｔｕＦＴＩＲ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１６，４１（２）：４５１－４５７．［３］㊀马冬娟，唐一博．煤中伴生金属元素对煤低温氧化特性的影响［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（２）：２０３－２０７．ＭＡＤｏｎｇｊｕａｎ，ＴＡＮＧＹｉｂｏ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｓｓｏｃｉａｔｅｄｍｅｔａｌｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｃｏａｌｏｎｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏａｌ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（２）：２０３－２０７．［４］㊀常明然．高产高效矿井ＣＯ产生机理及控制方法［Ｄ］．北京：中国矿业大学（北京），２０１７．ＣＨＡＮＧＭｉｎｇｒａｎ．ＣＯｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｈｉｇｈｏｕｔｐｕｔａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｍｉｎｅ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），２０１７．［５］㊀孙建新．煤的升温氧化实验研究［Ｊ］．煤炭科技，２０１８，（１）：５０－５２．㊀ＳＵＮＪｉａｎｘｉｎ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｈｅａｔｉｎｇｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｇａｚｉｎｅ，２０１８，（１）：５０－５２．［６］㊀樊九林．基于氧同位素法的旬耀矿区原生ＣＯ辨识研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０１６．ＦＡＮＪｉｕｌｉｎ．ＳｔｕｄｙｏｎｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｏｒｉｇｉｎａｌＣＯｉｎＸｕｎｙａｏｍｉｎｉｎｇａｒｅａｂａｓｅｄｏｎｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｍｅｔｈｏｄ［Ｄ］．Ｘｕｚｈｏｕ：ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６．［７］㊀沈㊀静．煤矿井下多源一氧化碳运移规律及积聚判别条件研究［Ｄ］．北京：中国矿业大学（北京），２０１６．３４１２０２１年第２期煤炭科学技术第４９卷ＳＨＥＮＪｉｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｕｌｔｉ－ｓｏｕｒｃｅＣＯｍｉｇｒａｔｉｏｎａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），２０１６．［８］㊀黄光利，高广新，李树国．老年褐煤综放工作面ＣＯ来源分析及治理技术研究［Ｊ］．能源与环保，２０２０，４２（１１）：６７－７０．ＨＵＡＮＧＧｕａｎｇｌｉ，ＧＡＯＧｕａｎｇｘｉｎ，ＬＩＳｈｕｇｕｏ．ＣＯｓｏｕｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｎａｇｅｄｌｉｇｎｉｔｅｉｎｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａ⁃ｎｉｚｅｄｃａｖｉｎｇｆａｃｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４２（１１）：６７－７０．［９］㊀贾海林，余明高，徐永亮．矿井ＣＯ气体成因类型及机理辨识分析［Ｊ］．煤炭学报，２０１３，３８（１０）：１８１２－１８１７．ＪＩＡＨａｉｌｉｎ，ＹＵＭｉｎｇｇａｏ，ＸＵＹｏｎｇｌｉａｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃｔｙｐｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｍｏｎｏｘｉｄｅｉｎｔｈｅｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，３８（１０）：１８１２－１８１７．㊀［１０］㊀朱令起，杨㊀帆，刘㊀聪．火成岩侵入煤ＣＯ吸附动力学分析［Ｊ］．煤炭技术，２０１７，３６（５）：１３９－１４２．ＺＨＵＬｉｎｇｑｉ，ＹＡＮＧＦａｎ，ＬＩＵＣｏｎｇ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆＣＯｉｎｃｏａｌｕｎｄｅｒｉｎｔｒｕｓｉｏｎｏｆｉｇｎｅｏｕｓｒｏｃｋ［Ｊ］．ＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７，３６（５）：１３９－１４２．［１１］㊀蒋孝元，杨胜强，周全超，等．低温氧化过程中氧浓度对煤体自由基反应特性的影响［Ｊ］．煤矿安全，２０２０，５１（８）：３７－４２．ＪＩＡＮＧＸｉａｏｙｕａｎ，ＹＡＮＧＳｈｅｎｇｑｉａｎｇ，ＺＨＯＵＱｕａｎｃｈａｏ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｏｘｙｇｅｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｎｆｒｅｅｒａｄｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ⁃ｔｉｃｓｄｕｒｉｎｇｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０２０，５１（８）：３７－４２．［１２］㊀陈瑞银，罗晓容，陈占坤，等．鄂尔多斯盆地中生代地层剥蚀量估算及其地质意义［Ｊ］．地质学报，２００６，８０（５）：６８５－６９３．ＣＨＥＮＲｕｉｙｉｎ，ＬＵＯＸｉａｏｒｏｎｇ，ＣＨＥＮＺｈａｎｋｕｎ，ｅｔａｌ．ＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｄｅｎｕｄａｔｉｏｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆＭｅｓｏｚｏｉｃＳｔａｔａｉｎｔｈｅＯｒｄｏｓＢａｓｉｎａｎｄｉｔｓｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ［Ｊ］．ＡｃｔａＧｅｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２００６，８０（５）：６８５－６９３．［１３］㊀ＲＥＮＺｈａｎｌｉ，ＺＨＡＮＧＳｈｅｎｇ，ＧＡＯＳｈｅｎｇｌｉ，ｅｔａｌ．Ｔｅｃｔｏｎｉｃｔｈｅｒｍａｌｈｉｓｔｏｒｙａｎｄｉｔｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｎｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｏｉｌａｎｄｇａｓａｃｃｕ⁃ｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍｉｎｅｒａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｎＯｒｄｏｓＢａｓｉｎ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｃｅｉｎＣｈｉｎａＳｅｒｉｅｓＤ：ＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００７，５０（２）：２７－３８．［１４］㊀ＹＵＱｉａｎｇ，ＲＥＮＺｈａｎｌｉ，ＬＩＲｏｎｇｘｉ，ｅｔａｌ．ＰａｌｅｏｇｅｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｍａｔｕｒｉｔｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｈｅｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｉｎｔｈｅＯｒｄｏｓＢａｓｉｎ［Ｊ］．ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌ，２０１７，５２（Ｓ１）：９７－１１８．［１５］㊀ＹＡＮＧＹｏｎｇｔａｉ，ＬＩＷｅｉ，ＭＡＬｏｎｇ．Ｔｅｃｔｏｎｉｃａｎｄｓｔｒａｔｉｇｒａｐｈｉｃｃｏｎ⁃ｔｒｏｌｓｏｆｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓｙｓｔｅｍｓｉｎｔｈｅＯｒｄｏｓＢａｓｉｎ：ａｍｕｌｔｉｃｙｃｌｅｃｒａ⁃ｔｏｎｉｃｂａｓｉｎｉｎｃｅｎｔｒａｌＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＡＡＰＧＢｕｌｌｅｔｉｎ，２００５，８９（２）：２５５－２６９．［１６］㊀王学军，王志欣，刘显阳，等．利用铀的测井响应恢复鄂尔多斯盆地古水深［Ｊ］．天然气工业，２００８，２８（７）：５２－５４，１３５．ＷＡＮＧＸｕｅｊｕｎ，ＷＡＮＧＺｈｉｘｉｎ，ＬＩＵＸｉａｎｙａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｔｏｒｉｎｇｐａｌａｅｏ－ｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅＯｒｄｏｓＢａｓｉｎｂｙｕｓｉｎｇｕｒａｎｉｕｍｒｅｓｐｏｎｓｅｆｒｏｍＧＲｌｏｇｇｉｎｇ［Ｊ］．ＮａｔｕｒａｌＧａｓＩｎｄｕｓｔｒｙ，２００８，２８（７）：４６－４８，１３５．［１７］㊀杨㊀华，傅㊀强，齐亚林，等．鄂尔多斯盆地晚三叠世延长期古湖盆生物相带划分及地质意义［Ｊ］．沉积学报，２０１６，３４（４）：６８８－６９３．ＹＡＮＧＨｕａ，ＦＵＱｉａｎｇ，ＱＩＹａｌｉｎ，ｅｔａｌ．ＴｈｅｐａｌｅｏｎｔｏｌｏｇｙｐｈａｓｅｚｏｎｅｓａｎｄｉｔｓｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｎｔｈｅＬａｔｅＴｒｉａｓｓｉｃＹａｎｃｈａｎｇｓｔａｇｅｐａｌａｅｏ－ｉａｃｕｓｔｒｉｎｅＯｒｄｏｓＢａｓｉｎ［Ｊ］．ＡｃｔａＳｅｄｉｍ⁃ｅｎｔｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１６，３４（４）：６８８－６９３．［１８］㊀徐㊀宇，李孜军，翟小伟，等．开采过程中采空区煤自然与瓦斯复合致灾隐患区域研究［Ｊ］．煤炭学报，２０１９，４４（Ｓ２）：５８５－５９２．㊀ＸＵＹｕ，ＬＩＺｉｊｕｎ，ＺＨＡＩＸｉａｏｗｅｉ，ｅｔａｌ．Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｃｏｕｐｌｅｄｈａｚａｒｄｚｏｎｅｏｆｃｏａｌｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎａｎｄｇａｓｉｎｇｏａｆｕｎｄｅｒｍｉｎｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１９，４４（Ｓ２）：５８５－５９２．㊀［１９］㊀张嬿妮，刘春辉，宋佳佳，等．长焰煤低温氧化主要官能团迁移规律研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２０，４８（３）：１８８－１９６．ＺＨＡＮＧＹａｎｎｉ，ＬＩＵＣｈｕｎｈｕｉ，ＳＯＮＧＪｉａｊｉａ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｌａｗｏｆｍａｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓｉｎｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｌｏｎｇｆｌａｍｅｃｏａｌ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４８（３）：１８８－１９６．㊀［２０］㊀张庆华，姚亚虎，赵吉玉．我国矿井通风技术现状及智能化发展展望［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２０，４８（２）：９７－１０３．ＺＨＡＮＧＱｉｎｇｈｕａ，ＹＡＯＹａｈｕ，ＺＨＡＯＪｉｙｕ．Ｓｔａｔｕｓｏｆｍｉｎｅｖｅｎｔｉｌａ⁃ｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｆｏｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４８（２）：９７－１０３．４４１。
基于温度和O2浓度的采空区“三带”分布规律研究
图３ １号钻孑 Ｌ 测量的采空区氧气浓度变化
工 作面 推 进距 离 （ ｍ）
图７ ５号 钻 孔 测 量 的 采 空 区 氧气 浓 度 变 化
一
Ｖ
３ Ｅ １ ２ ６ ０ ４工 作 面 采 空 区 “ 三带” 划 分
３ ． １ 采空 区温度变 化分析
Ⅱ 一
婚
凶
由于 ３ 钻孔观测距离太短 ， 这里 仅 就 １ 、 ２
一
一
工作 面推 进距 离 （ ｍ）
图５ ３号 钻 孔 测 量 的 采 空 区氧 气 浓 度 变 化
０
２ ５
５ Ｏ
７ ５
１ ０ ０
１ ２ ５
ｌ ５ Ｏ
１ ７ ５
工 作 面 推过 度 （ ｍ）
烂 Ｉ Ｉ ｉ ｆ ［ 州
图２ Ｅ １ ２ ６ ０ ４工作 面 推 进 期 间采 空 区温 度 变 化
为褐 煤 、 长焰 煤 。各 煤 层 均 属 于 易 自燃 煤 层 。 由 于煤 质 容易 自燃 、 井 下 采 空 区 和小 煤 窑 沟 通 复杂
综采倾 斜 长壁 、 一 次 采 全 高 采煤 方 法 。煤 层 平 均
厚度 为 ３ ～ ３ ．２ ｍ， 采 高为 ２ ．８ ～ ３ ｍ。
两个钻 孑 Ｌ 测 量 的温 度变化 进行 分析 。
州
１ 号钻孔 ： 冷却带大 约 ２ ３ ｒ ｎ左右 ， 工作 面推
等 情况 的存 在 ， 崔 家 寨 矿 井 下 煤层 自然 发 火 情 况
非 常严 重 ， 严 重 影 响 矿 井 的安 全 生 产 。为 掌 握井 田采空 区 自然发 火 规 律 ， 为 预 防煤 层 自然 发 火 工
石圪台煤矿采空区气体异常原因分析及防治技术
石圪台煤矿采空区气体异常原因分析及防治技术何帅印;王创业;邢真强;王珑【摘要】针对石圪台煤矿二盘区采空区气体异常情况,以采空区遗煤自然发火理论为基础,对近距离采空区遗煤分布规律、井上下漏风规律,气体运移规律等进行总结分析,同时以放炮烟气中含有的氮氧化物为“标志气体”,确定气体异常原因为小煤矿剥采破坏大井巷道密闭,炮烟运移、积存至二盘区采空区所致;采取了地面钻孔注浆封堵技术对漏风巷道进行了充填封堵,采空区气体回归正常水平.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)007【总页数】4页(P116-118,122)【关键词】近距离煤层;采空区;漏风;自然发火;地面钻孔;注浆【作者】何帅印;王创业;邢真强;王珑【作者单位】内蒙古科技大学矿业研究院,内蒙古包头014010;神华神东煤炭集团石圪台煤矿,陕西榆林719315;内蒙古科技大学矿业研究院,内蒙古包头014010;煤科集团沈阳研究院有限公司,辽宁抚顺113122;煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁抚顺113122;神华神东煤炭集团石圪台煤矿,陕西榆林719315【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.2矿井火灾是直接危害煤矿安全生产的主要灾害之一，由煤炭自然发火引发的火灾事故占总数的90%以上。
西北矿区作为我国主要的煤炭生产基地，开采煤层大多具有浅埋藏、（极）近距离煤层群赋存、（特）厚（易）自燃等特点。
随着开采深度的进一步增加，逐渐形成大面积多层复合采空区，地表漏风、层间漏风、本层漏风等多层采空区漏风规律趋于复杂化，各层均具有自然发火可能性，矿井火灾预测预报工作愈发困难[1]；浅埋深煤田赋存给小煤窑开采提供了天然的便利条件，由于受到技术手段的限制，小煤窑开采引起的一系列问题也是触目惊心的。
受小窑采动影响，其作业场所与开采同一煤层大井老空区之间存在错综复杂的关系，采动漏风是大井安全生产的重大隐患，漏风可引发采空区煤炭自燃、有害气体侵入作业场所、造成矿井有效风量不足等重大安全隐患[2]。
矿井火区内CO变化规律的研究
矿井火区内CO变化规律的研究文章通过探究煤矿火区内CO浓度的变化和哪些因素相关，系统地阐述了封闭期间CO的变化规律，为采取措施控制火区内燃烧进程提供理论依据，对矿井通风安全管理工作具有现实的指导意义。
标签：矿井火区；一氧化碳；变化规律1 问题的提出采空区由于漏风等原因使煤和氧气发生氧化还原反应、放热，当热量聚集到一定程度，温度上升会导致煤的自燃。
控制煤矿井下采空区着火的一个方法就是封密采空区。
鉴定火区是否熄灭何时启封主要根据《煤矿安全规程》第218条，其中关键的一条为：“火区空气中不含CO，或者封闭期间内CO浓度逐渐下降，并稳定在0.001%以下”。
如果我们能够发现火区内CO浓度变化规律和哪些因素有关，寻求出不同阶段的主导因素，则可以采取措施控制火区内燃烧进程，缩短封闭时间。
2 CO的变化规律2.1 燃烧初期燃烧初期，水蒸气汽化，反应中水蒸气分解会导致显热的损失，降低汽化的热效率。
随着水蒸气单位消耗的增加，水蒸气的相对分解率和煤气热值不断下降，CO含量也随之下降，H2含量有所增加[2]。
如果井下密闭区内有充足的水分，密闭区的温度随着煤的氧化热而温度升高，达到细菌繁殖的温度，靠细菌作用可使CO降低或消失。
当然该细菌只能生活在一定温度下，当温度超过100℃后该细菌死亡，其发挥的作用就会消失。
2.2 燃烧发展期2.2.1 煤氧化燃烧时的主要化学反应如下[1]：非气相反应如下：C+0.5O2=CO+123kJC+O2=CO2+409kJC+H2O（g）=CO+H2-119kJC+2H2=CH4+87kJC+CO2=2CO-162.4kJ气相反应如下：CO+3H2=CH4+H2O+206.4kJCO+0.5O2=CO2+283.2kJCO+H2O（g）=CO2+H2-42kJ采空区着火以后，随着燃烧的持续，密闭区域的温度会越来越高，热量越来越多，CO的发生量随着反应的进行也越来越大。
由反应朝着更稳定的方向进行，则上述的几个反应里面吸热反应会占据主导。
煤矿采空区气体监测分析报告制度
煤矿采空区气体监测分析报告制度1. 引言煤矿采空区域内的有害气体浓度通常较高，因此必须对采空区气体进行监测，以保障煤矿生产安全。
监测数据的分析和处理是煤矿矿山安全管理的基础性工作。
本文将介绍煤矿采空区气体监测分析报告制度，并详细说明各个环节的步骤。
2. 采空区气体监测分析报告制度流程2.1 前期准备在采空区进行气体监测之前，必须进行前期准备工作，包括制定监测方案、确定监测指标、采集和处理样品等。
2.1.1 制定监测方案煤矿应制定煤矿采空区气体监测方案，包括监测点位、监测时间、监测频次等内容。
该方案应根据煤矿采空区气体的特点和现实情况制定，并与安全生产监管部门和环保部门协商后确定。
2.1.2 确定监测指标煤矿应确定监测指标，这些指标应考虑到监测的目的和采空区内可能存在的有害气体种类、浓度、分布等情况。
监测指标可以包括并不限于以下内容：•二氧化碳浓度•氧气浓度•甲烷浓度•一氧化碳浓度•硫化氢浓度•氮气浓度2.1.3 采集和处理样品为了保证监测数据的准确性，在采集和处理样品时必须按照相关的规定进行操作。
•采样点位应按照监测方案指定的位置设置监测仪器，确保监测仪器的有效监测范围内不会存在其他影响监测精度的干扰因素；•制备标准样品，采集现场样品时应进行标准样品的预处理和制备，以建立准确、高效的监测方法；•分析样品时应采取校准、质控等措施，以保证分析结果的精确性和可靠性。
2.2 监测数据分析2.2.1 数据汇总监测数据汇总是监测数据分析的第一步，应该按照监测周期、监测点位和监测指标等关键因素进行数据汇总。
2.2.2 数据分析在数据分析环节中，应采用专业的数据分析工具分析监测数据，识别并确定监测数据中存在的问题和风险点，以及各个监测指标的趋势和波动情况。
这有助于发现有害气体浓度的反常变化，并及时进行处理。
2.3 报告制作和奖惩措施2.3.1 报告制作煤矿应按照制定的煤矿采空区气体监测方案进行分析，制作监测数据分析报告。
矿山采空区气体检测方法
矿山采空区气体检测方法矿山采空区气体检测是矿山安全生产的重要环节之一，旨在及时发现并控制采空区内可能存在的有害气体，确保矿工的安全。
本文将介绍一些常用的矿山采空区气体检测方法，帮助读者更好地了解和应用这些方法。
一、传统气体检测方法1. 手持式气体检测仪：手持式气体检测仪是一种常用的矿山气体检测工具，通过检测仪器上的传感器，可以检测并显示采空区内的气体浓度。
矿工可以随身携带手持式气体检测仪，根据仪器上的显示结果判断采空区内气体的浓度是否超标。
2. 固定式气体检测系统：固定式气体检测系统通常安装在矿井的固定位置，通过布设在采空区内的多个检测点，监测气体浓度的变化。
当采空区内的气体浓度超过预设的安全阈值时，系统会自动发出警报，提醒矿工采取相应的安全措施。
二、无线传感器网络技术在矿山气体检测中的应用传统的气体检测方法存在一些不足，例如检测结果不够准确、布设困难等。
为了解决这些问题，近年来，无线传感器网络技术被引入到矿山气体检测中。
无线传感器网络技术可以通过部署在采空区内的多个传感器节点，实时监测气体浓度、温度、湿度等多种参数，并将这些数据传输到数据中心进行处理和分析。
相比传统的气体检测方法，无线传感器网络技术具有检测结果准确度高、布设灵活、实时性强等优势。
三、红外光吸收法在矿山气体检测中的应用红外光吸收法是一种常用的矿山气体检测方法，该方法利用气体分子对特定波长的红外光的吸收特性来判断气体浓度。
红外光吸收法可以检测多种有害气体，例如二氧化碳、甲烷等。
红外光吸收法的原理是，当红外光通过气体时，气体中的分子会吸收特定波长的红外光，吸收的程度与气体浓度成正比。
通过测量吸收的红外光强度，可以间接得到气体的浓度。
红外光吸收法在矿山气体检测中具有灵敏度高、准确度高、响应速度快等优点，可以有效地监测采空区内的有害气体浓度。
四、电化学法在矿山气体检测中的应用电化学法是一种常用的矿山气体检测方法，该方法利用气体分子与电极表面的化学反应来检测气体浓度。
煤矿采空区气体监测分析报告制度
煤矿采空区气体监测分析报告制度1.背景与意义在煤矿采煤过程中，随着煤炭资源的逐渐枯竭，煤矿采空区也随之逐渐增大，采空区对煤矿安全生产具有很大的影响。
采空区内存在大量的可燃性气体，为保障煤矿安全生产，对煤矿采空区气体进行监测和分析是必不可少的。
本文主要介绍煤矿采空区气体监测分析报告制度。
2.报告制度的内容2.1 监测点的确定在制定煤矿采空区气体监测分析报告制度时，首先要确定监测点，监测点的设定需要综合考虑煤矿采空区的地质结构、采煤方式、通风系统和气体特性等因素。
监测点应布置在采空区内不同位置，以便对采空区气体的变化进行准确监测和分析。
2.2 监测仪器的选择在制定煤矿采空区气体监测分析报告制度时，还需选择合适的气体监测仪器。
监测设备应能实时、准确地监测有毒、有害气体的浓度，以保障采空区内作业人员的人身安全。
2.3 监测参数的确定在制定煤矿采空区气体监测分析报告制度时，还需确定监测参数。
监测参数应包括监测的气体种类、浓度、温度、湿度、风速、风向等。
2.4 报告的内容和格式煤矿采空区气体监测分析报告的内容应具有可读性、准确性和完整性，其格式一定程度上影响了数据信息的呈现方式和精度。
报告应包括采样日期、时间、地点、监测点编号、所监测的气体种类、浓度、监测人员、技术要求等信息，同时，要求报告的格式规定一定的规范，以方便用户对数据的理解和分析。
3.报告制度的实施3.1 监测数据的采集和处理为保证煤矿采空区气体监测分析报告的准确性和完整性，对监测数据的采集和处理十分重要。
监测数据采集时要保证监测仪器处于正常工作状态，并进行正确的校准和维护。
数据采集后，应进行质量控制和质量评估，确定数据的可靠性和可用性，并对数据进行处理和分析。
3.2 报告的编制和审核煤矿采空区气体监测分析报告的编制和审核是确保报告准确性和完整性的重要环节。
报告编制时需要准确记录监测数据，并正确地进行处理和分析。
报告审核时需要对各项内容进行验证，以确保报告的可靠性和准确性。
谢桥矿11518工作面采空区自燃“三带”划分
谢桥矿 11518工作面采空区自燃“三带”划分浓度为主摘要：为确定谢桥矿11518工作面“三带”分布规律，以实测O2要指标，浮煤厚度及漏风强度为辅助指标，将该工作面采空区自燃区域划分为散热带、氧化升温带和窒息带，并利用FLUENT 软件对自燃“三带”分布规律数值模拟进行验证，其结果与现场实测结果基本相吻合，说明可通过数值模拟与现场实测办法判定工作面采空区“三带”分布规律。
关键词：采空区；自燃；“三带”0 引言矿井火灾是煤矿五大灾害之一，极大地威胁着煤矿的安全生产和矿工生命安全，造成巨大的资源损失和环境污染。
采空区自然发火是矿井自然发火防治的重点，采空区自燃三带的划分是防范采空区自燃的重要基础。
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，能大幅度提高煤炭生产效率及产量。
但与此同时，这项技术为采空区也带来了巨大的安全隐患，遗留下大量的浮煤让采空区的自燃发火问题空前严重。
因此，确定该区域的范围对矿井工作面采空区煤自燃防控至关重要。
刘俊采用采空区预埋束管的方法分析采空区氧气浓度，从而确定采空区自燃“三带”宽度，此方法单一，不能验证结果的准确性。
白铭波利用FLUENT数值模拟对采空区自燃“三带”进行研究。
文虎通过现场测量氧浓度变化和数值模拟办法验证相结合，分析研究了煤层分层前后采空区煤自燃危险区域的变化情况。
浓度为主要指标，浮煤厚度及漏风强度作为辅助本文在前人的基础上，以实测O2指标，并利用FLUENT 软件对自燃“三带”分布规律数值模拟进行验证，测定结果的可靠性得到了有效保障。
1 工作面概况谢桥矿位于淮北平原西南部，安徽省颍上县境内，横跨颍上县和淮南市凤台县，其中心南距颍上县城20km ，东南至凤台县城约34km 。
11518工作面位于矿井一水平东一B 组采区，西起-720m 东翼B4煤层底板轨道石门，东至-720m 东二轨道石门。
工作面标高-606.5～-676.7，可采走向长1623m ，倾斜宽258.8m 。
采空区气体三维多场耦合规律研究
六、
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文献综述
前人对采空区气体三维多场耦合规律的研究主要集中在理论建模、数值模拟和 实验研究等方面。在理论建模方面，研究者们基于流体力学、传热传质学和化 学反应动力学等相关理论，建立了采空区气体三维多场耦合模型。在数值模拟 方面，常用的模拟软件包括Fluent、ANSYS和CFX等，通过这些软件可以对采 空区气体流动、传热传质和化学反应等进行仿真模拟。
参考内容二
一、引言
在煤炭开采过程中，采空区的气体运移和分布规律是影响矿山安全和环境的重 要因素。为了解决这一问题，本次演示研究了在抽采与注氮复合作用下采空区 气体的运移及分布规律。通过理论分析、数值模拟和实验验证，本次演示旨在 为采空区气体的控制和安全管理提供科学依据。
二、பைடு நூலகம்论分析
首先，我们对采空区气体运移的机理进行了深入的理论分析。在煤炭开采过程 中，采空区内的气体由于压力差和浓度差的作用，会产生流动。同时，抽采和 注氮也会对采空区气体的运移产生影响。我们运用流体力学和传质传热学的理 论，建立了采空区气体运移的数学模型。
五、结论与建议
通过对抽采与注氮复合作用下采空区气体运移及分布规律的研究，我们发现抽 采和注氮会对采空区气体的运移和分布产生显著影响。为了更好地控制采空区 气体的运移和分布，我们建议在实际生产过程中，应根据实际情况合理选择抽 采和注氮的工艺参数，以实现采空区气体的有效控制和管理。此外，还应加强 相关科研工作，进一步深入研究采空区气体运移及分布规律的影响因素和作用 机制，为煤炭行业的可持续发展提供科学支持。
通过模拟结果分析，我们发现采空区的自然发火过程受到多种因素的影响。其 中，采空区的形状和大小对燃烧行为具有重要影响；初始温度和氧气浓度也会 对自然发火时间产生影响；此外，可燃物的类型和含量也直接决定着燃烧的剧 烈程度。
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2011年7月11日
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2011年7月25日 2011年8月1日
2011年8月8日
2011年年8月29日 2011年9月5日 2011年9月12日 2011年9月19日
2011年9月26日
温度（。C）
12 12 11 11 12 12 12 12 12 13 12 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 12 12 11 11 11 11
2011年3月21日 2011年4月4日 2011年4月18日 2011年5月2日 2011年5月16日 2011年5月30日 2011年6月13日
2011年3月28日 2011年4月4日 2011年4月11日 2011年4月18日
2011年4月25日
2011年5月2日 2011年5月9日 2011年5月16日 2011年5月23日
CH4(%)
0.13 0.10 0.01 0.01 0.06 0.06 0.04 0.04 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
CO2(%)
O2(%) CO2(%) CH4(%)
CO(ppm)
2011年9月26日 温度（。C）
2011年5月30日
2011年6月6日 2011年6月13日 日期 2011年6月20日 2011年6月27日
2011年7月4日
43304采空区温度变化曲线
日期
2011年6月27日 2011年7月11日 2011年7月25日 2011年8月8日 2011年8月22日 2011年9月5日 2011年9月19日
16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 2011年5月16日 2011年5月30日 2011年6月13日 2011年6月27日 2011年7月11日 2011年7月25日 2011年8月22日 2011年9月19日
2011年3月21日 2011年4月18日
浓度
2011年5月2日
2011年8月8日
日期
43304采空区co浓度变化曲线 ppm） 12 10 8
2011年9月5日
2011年3月7日
2011年4月4日
温度 14 13 13 12 12 11 11 10 2011年3月7日
2011年3月14日
2011年3月7日 2011年3月21日
浓度（ppm） 10 8 6 4 2 0
2.40 2.12 0.10 0.10 0.12 0.12 0.10 0.12 0.12 0.12 0.10 0.12 0.10 0.12 0.14 0.14 0.12 0.14 0.14 0.16 0.12 0.12 0.10 0.10 0.12 0.14 0.14 0.16
CO(ppm)
8 10 5 5 2 2 3 3 3 3 2 3 3 3 4 4 4 3 3 3 4 4 5 5 4 2 2 3
O2(%)
12.2 11.8 12.3 12.3 12.9 12.9 13.1 13.2 13.1 13.1 14.1 13.1 14.1 12.6 12.1 12.1 13.7 12.6 12.5 12.3 13.7 13.7 13.2 13.3 13.4 13.1 13.1 13.2
43304采空区气体浓度变化曲线