综放工作面自然“三带”观测分析

崔木煤矿21301综放工作面采空区

自燃“三带”观测分析

陕西省彬县煤炭有限责任公司救护队戚海博

内容提要:通过沿综放工作面全面布点测定方法，对采空区气体成分进行分析，得出崔木煤矿21301综放工作面气样参数。并结合采空区煤炭自燃理论确定综放工作面采空区自燃“三带”的分布范围，从而为预防采空区煤炭自燃提供科学依据。

关键词：综放工作面采空区自燃“三带”气体成分崔木煤矿位于陕西省宝鸡市麟游县崔木镇北王村。南至西安155Km，彬县——麟游（崔木）市际公路及崔木——甘肃邵寨省际公路横穿矿区中部，西侧由S306省道向西至陈仓与陇海铁路相接。煤系地层为中生代煤系早中侏罗世延安组，矿井煤层条件赋存简单，可采、局部可采煤层有2层，可采总厚度12.31～34.2m，主采煤层为3煤层，占全矿井可采储量的60.11%，平均厚度16.89m。崔木煤矿为高瓦斯矿井，初期采用中央并列抽出式通风，煤尘爆炸指数为31.9%，有爆炸危险，煤层自燃发火期为3～5个月，最短为25d。采用综采放顶煤技术，在开采过程中存在采空区遗煤自燃发火问题。为掌握容易自燃厚煤层采空区煤炭自燃发火特性，保证工作面的安全回采，对21301综放工作面进行了采空区气体成分的测定分析，进而确定采空区自燃“三带”的范围，形成合理的预防采空区煤炭自燃的综合防灭火技术。

1 21301综放工作面概况

21301综放工作面走向可采长度964m，倾斜长度204m，煤层

倾角3～6°，煤层灰分14.27%，挥发分34.95%，煤尘具有强爆炸性，属I类容易自燃煤层；煤层最大厚度24.92m，最小6.52m，平均14.09m，割煤高度为3.8m，放顶煤高度8.2m，采放比1:2.15。

2 采空区自燃“三带”观测的方法和测点的布置

采空区自燃“三带”观测的主要内容是要确定出自然带的范围，采用的方法是在采空区预埋束管检测采空区内气体成分随工作面推进度变化情况，并根据煤炭氧化的临界氧气浓度确定出不自燃带、自燃带与窒息带的范围。

21301综放面平均长度204m，整个工作面共136个支架，由于现场条件的限制，在工作面支架后部采空区侧倾向、上隅角共设5个测点，将束管接到21301工作面回风巷内，进行人工采样，并将所采气样送到地面分析室，利用色谱监测系统进行气体成分分析。所设5个测点如图1所示。各测点位置如下：

图1 工作面测点布置图

5#测点设置在10号支架后部，距离进风顺槽18m，4#测点设置在36号支架后部，距离5#测点39m，3#测点设置在70号支架后部，距离4#测点51m，2#测点设置在106号支架后部，距离3#测点54m，1#测点设置在上隅角，距离2#测点46m。

3采空区气体成分变化实测分析

根据现场实测，我们可以得到崔木煤矿21301综放工作面采空区的气体成分实测数据，从而对实测数据进行分析研究。

3.1采空区氧气浓度实测分析

由现场实测可知21301工作面采空区O2浓度的实测结果如表1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O2浓度，用O2浓度来划分采空区煤炭氧化自燃“三带”是可靠的。

表1 采空区各测点O2浓度变化实测结果

分析表1所反应的崔木煤矿21301工作面采空区氧气浓度变化

实测结果可知：①当工作面推进13～16m后，O2浓度开始迅速减少。这是由于煤层顶板垮落，岩块充填采空区，使采空区漏风减少。②各测点氧气浓度下降的趋势为：靠回风侧1#测点下降较快，靠近进风侧5#较慢。说明21301工作面采空区中部靠近进风侧漏风较大，回风侧较小。③以O2浓度为15%作为不燃带与自燃带的分界线时，各测点距工作面煤壁的距离相应为：1# 15m，2# 13.8m,3# 13.5m，4# 13m, 5# 16m。④各测点在距工作面煤壁距离超过80.54m后，O2浓度都下降到5%以下的窒息浓度而进入自燃惰化区域。各测点进入惰化区域的顺序为：1# 60.5m、2# 60m、3#81m 、4# 76m、5# 80m。

3.2采空区其他气体变化实测分析

对其它气体的实测结果进行分析可知：CO、CO2的实测显示在距工作面煤壁30-67m的范围内氧化剧烈，且30m左右最严重，超过80m之后各点都已降到很低水平，其中3#、4#测点CO浓度已经降到零，上隅角由于采用局部通风机压入式通风，1#处CO始终存在。根据崔木煤矿气体分析得知，当CO浓度达到100PPm时，煤炭开始进入加速氧化放热阶段；C2H4气体在温度上升到80℃以上时，煤中释放出该气体，在检测过程中只偶尔出现两到三次，很快就被注氮给惰化降温处理了。崔木煤矿为高瓦斯矿井，21301工作面绝对瓦斯涌出量为33.41m3/min。工作面采空区实测各测点甲烷浓度较高，大都在5～12%之间，其中靠进风侧的5#测点最低，平均浓度为3.7%。2#、3#、4#、5#测点在80m左右出现一波峰，最高瓦斯浓度达21.64%。

4 采空区自燃“三带”的确定

采空区自燃“三带”的划分，到目前为止国内外尚无统一的指标参数。但总的说来有3种划分指标：采空区漏风风速、采空区O2浓度以及采空区温度。其中以采空区O2浓度为划分标准的方法是目前在工程实践应用中最为广泛，也是最有效的实测方法。

根据崔木煤矿21301煤层属于气煤，容易自燃厚煤层，自燃发火期短的特点及参考国内外的一些划分依据，采空区按氧气浓度划分煤炭氧化自燃“三带”的指标参数采用：不然带O2＞15%；自燃带15%＞O2＞5%；窒息带O2＜5%。因此，根据表1从O2浓度的变化规律分析我们可以得出21301综放工作面采空区自燃“三带”的范围是从工作面煤壁向采空区的距离：不然带＜13～16m,自燃带16～80m，窒息带＞81m。采空区自燃“三带”范围如图2所示。

21301工作面开采煤层较软，地质构造较发育，采后顶板垮落压实采空区，减少采空区漏风。但自燃带的宽度较长，最大为65m，因此回采过程中必须加强向采空区自燃带注氮等防灭火措施。以上分析结果仅适用于21301工作面，当工作面开采条件发生变化时，需另进行相应的测定。

5结论

①21301综放工作面采空区自燃“三带”的范围为：不然带＜13～16m，自燃带16～81m，窒息带＞81m。

②采空区为“一进一回”的漏风形式，进风侧采空区漏风范围较大，即采空区回风侧惰化区比进风侧早。

③从采空区各种气体分析可以得知，各测点距工作面煤壁13～16m左右和60～80m处，气体都出现波峰，说明在此附近，有自热氧化的发生。

④综放工作面月推进速度只要＞97m，就不会发生自燃现象，因发火期为3～5个月，最短为25d。

⑤影响工作面自燃发火的主要因素是推进度和采空区的自然风速分布。因此应加快工作面推进，重视对上下隅角进行封堵处理。