劉樹(shù)弟 劉 濤

(開(kāi)灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司,河北唐山 063018)

束管系統(tǒng)在采空區(qū)自燃規(guī)律研究中的應(yīng)用①

劉樹(shù)弟②劉 濤

(開(kāi)灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司,河北唐山 063018)

林南倉(cāng)礦所采各煤層均屬于自燃煤層。放頂煤開(kāi)采采空區(qū)遺煤較多,加之漏風(fēng)通道較多易造成采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃。利用束管系統(tǒng)對(duì)1226采空區(qū)氣體成分進(jìn)行了測(cè)定分析,得出了該工作面采空區(qū)煤炭自燃的發(fā)火規(guī)律,為合理選擇預(yù)防采空區(qū)煤炭自燃的措施提供了科學(xué)的理論依據(jù)。

輕放工作面;煤炭自燃;束管系統(tǒng);采空區(qū)三帶

開(kāi)灤林南倉(cāng)礦業(yè)分公司為低瓦斯礦井,采用中央邊界式通風(fēng)方式,抽出式通風(fēng)方法,煤塵具有爆炸性,各煤層均屬自然發(fā)火煤層,煤12自然發(fā)火期較短,僅有2個(gè)月。林南倉(cāng)礦業(yè)分公司采用綜放技術(shù),此回采技術(shù)采空區(qū)遺煤多,容易發(fā)生煤炭自燃事故,為充分了解自然煤層采空區(qū)氧化分布規(guī)律,保證輕放工作面的回采安全,利用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)西二小采區(qū)1226回采工作面進(jìn)行了氧化規(guī)律分布分析研究。

1 1226回采工作面概述

該采面位于-400水平,西二小采區(qū)12槽煤層,東為西二小煤12西正眼,西距1228E采空區(qū)266m,北距1225底采空區(qū)4～6m,其余部位無(wú)工程。工作面走向長(zhǎng)269～278m,平均273.5m;傾斜長(zhǎng)39.4～84m,平均66m。工作面標(biāo)高-248.78.1～-266.40m。煤層傾角：1°～21°,平均14°,煤層厚度1.3～5.2m,平均厚5.0m?？刹蓛?chǔ)量11.92萬(wàn)t。煤塵爆炸指數(shù)：43.68%,具有較強(qiáng)的爆炸性。自然發(fā)火期：2個(gè)月。采面通風(fēng)采用“U”型通風(fēng),采面實(shí)際配風(fēng)量為8.5m3/s。

采煤方法為走向長(zhǎng)壁后退式,一次采全厚綜合機(jī)械化輕型放頂煤采煤法。采高2.2m,放煤2.8m,采放比為1∶1.27。頂板管理方法為全部垮落法。

2 測(cè)點(diǎn)布置

2.1 測(cè)定依據(jù)

測(cè)點(diǎn)的布置與分析測(cè)試方案采用沿工作面傾向全線布點(diǎn)的測(cè)定方法,采用KSS-200束管系統(tǒng)為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)手段,以氣相色譜分析采空區(qū)氣體成分為理論依據(jù)。測(cè)試分析成分為：CO、CO2、O2、N2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

采用2根5芯束管用鋼管作保護(hù)骨架設(shè)計(jì)形成束管監(jiān)測(cè)主線路。在采空區(qū)切頂線處線路上設(shè)計(jì)5個(gè)測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)位置,C1、C5分別距上口和下口5m處,其余測(cè)點(diǎn)均分,各測(cè)點(diǎn)間距17.5m。在每個(gè)測(cè)點(diǎn)上設(shè)計(jì)2根單芯監(jiān)測(cè)束管,一根正常監(jiān)測(cè),另一根備用或進(jìn)行比較使用。為保證檢測(cè)的順利,采取了相應(yīng)的保護(hù)措施。在1226上風(fēng)設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)境良好的位置,安裝一個(gè)分路箱,安裝放水器,并且給每個(gè)監(jiān)測(cè)束管上安裝溫度探針。束管監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案布置見(jiàn)圖1。

圖1 束管系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案布置圖

3 測(cè)試結(jié)果分析

1226回采工作面開(kāi)采時(shí)間為7月4日,測(cè)點(diǎn)位置距采面開(kāi)切眼40m。測(cè)試時(shí)間為7月25日～8月25日,觀測(cè)長(zhǎng)度為100m。

3.1 O2實(shí)測(cè)分析

測(cè)點(diǎn)C3和C4在進(jìn)入采空區(qū)12m后O2濃度就降到了18%以下,其他測(cè)點(diǎn)O2濃度依然在18%以上,測(cè)點(diǎn)C1和C2在進(jìn)入采空區(qū)50m后O2濃度降到了18%以下,測(cè)點(diǎn)C5在進(jìn)入采空區(qū)60米后O2濃度降到了18%以下;測(cè)點(diǎn)C3和C4在進(jìn)入采空區(qū)100m后O2濃度就降到了6%以下,其他測(cè)點(diǎn)O2濃度依然在6%～18%之間。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示趨勢(shì)分析沿傾向采空區(qū)中部迅速進(jìn)入了自燃區(qū),而靠近上、下順槽的采空區(qū)內(nèi)卻分別在進(jìn)入采空區(qū)50m和60m處進(jìn)入了自燃區(qū),符合采動(dòng)裂隙“O”形圈理論。即煤層開(kāi)采后的上覆巖層中形成兩類裂隙：一類為離層裂隙,另一類為豎向破斷裂隙。離層裂隙分布呈現(xiàn)兩階段特征：第一階段從開(kāi)切眼開(kāi)始,隨著工作面推進(jìn),離層裂隙不斷增大,采空區(qū)中部離層裂隙最發(fā)育;第二階段采空區(qū)中部離層裂隙趨于壓實(shí),離層率下降,而采空區(qū)兩側(cè)離層裂隙仍能保持。在頂板任意高度的水平內(nèi),在第二階段時(shí),位于采空區(qū)中部的離層裂隙基本被壓實(shí),而在采空區(qū)四周存在一連通的離層裂隙發(fā)育區(qū),其形狀與老頂?shù)摹癘-X”形破斷邊界相似,稱之為采動(dòng)裂隙“O”形圈。各測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間變化的O2濃度值見(jiàn)表1和圖2。

表1 各測(cè)點(diǎn)O2濃度統(tǒng)計(jì)表(%)

圖2 測(cè)點(diǎn)O2濃度統(tǒng)計(jì)圖(圖中B、C、D、E、F各曲線分布代表C1～C5各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化,下同)

3.2 CO實(shí)測(cè)分析

測(cè)點(diǎn)C3和C4在進(jìn)入采空區(qū)12m后CO濃度就開(kāi)始顯現(xiàn),證明此處已經(jīng)開(kāi)始氧化,直到監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)束測(cè)點(diǎn)C3和C4的CO濃度才逐步趨于為零,證明測(cè)點(diǎn)位置已進(jìn)入窒息帶。其他測(cè)點(diǎn)CO濃度自始至終基本上沒(méi)有顯現(xiàn),主要原因是這些測(cè)點(diǎn)位于采空區(qū)四周連通的離層裂隙發(fā)育區(qū),這一區(qū)域自采面下順槽向采空區(qū)漏風(fēng)較大,氧化熱量被及時(shí)帶走不至于氧化形成指標(biāo)性氣體CO。各測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間變化的CO濃度值見(jiàn)表2和圖3。

表2 各測(cè)點(diǎn)CO濃度統(tǒng)計(jì)表(%)

圖3 各測(cè)點(diǎn)CO濃度統(tǒng)計(jì)圖

3.3 其他氣體成分分析

根據(jù)研究,在林南倉(cāng)井下只有煤溫上升到110℃以上時(shí),才會(huì)出現(xiàn)C2H4氣體。1226采空區(qū)各測(cè)點(diǎn)均未出現(xiàn)C2H4氣體,證明采空區(qū)內(nèi)沒(méi)有監(jiān)測(cè)到溫度上升到110℃以上的區(qū)域。

3.4 采空區(qū)氧化分布規(guī)律

通過(guò)對(duì)1226采空區(qū)內(nèi)的氣體分析,結(jié)合采動(dòng)裂隙“O”形圈理論,1226輕放工作面采空區(qū)煤炭自燃可分為：散熱帶、自燃帶和窒息帶。其中散熱帶在工作面中部的寬度為12m左右,自燃帶在工作面中部的寬度為90m左右,其后為窒息帶。其分布如圖4所示。

圖4 1226工作面采空區(qū)三帶分布圖

4 結(jié)論

1226回采工作面走向長(zhǎng)度和傾向長(zhǎng)度均較短,圍巖封閉嚴(yán)密,且推采速度較快,研究采空區(qū)氧化規(guī)律具有典型性。通過(guò)采用束管系統(tǒng)測(cè)試采空區(qū)各種氣體變化,劃分了1226工作面的“三帶”分布,該工作面采空區(qū)氧化規(guī)律的研究結(jié)果符合采動(dòng)裂隙“O”形圈理論。本次研究工作為1226工作面及林南倉(cāng)礦其它工作面的安全開(kāi)采奠定了基礎(chǔ)。

[1] 張國(guó)樞.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2004

[2] 張國(guó)樞,戴廣龍.煤炭自燃理論與防治實(shí)踐[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2002

[3] 蔣曙光,張人偉,陳開(kāi)巖.監(jiān)測(cè)溫度和氣體確定采空區(qū)自燃“三帶”的研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1998,(1)

[4] 袁樹(shù)杰.用火災(zāi)指標(biāo)及熱電偶測(cè)溫法分析采空區(qū)煤炭自燃[J].煤礦安全,2001,(5)

The Use of Beam TubeM on itoring andM easuring System in the Study on Spontaneous Combustion

L IU Shudi,L IU Tao

(Kailuan Group Crop.Ltd.,Tangshan Hebei 063018)

Every coal seam of Linnancang coal mine belongs to the spontaneous combustion coal seam.The use of top caving miningmethod leftmuch coal in the gob area.Because there are multi air leakage channels,spontaneous combustion is ofen occurred.In order to strengthen fireproofingmanagement and understand the naturaloxidation of the gob area,the beam tubemonitoring and measuring system was used to observe the air contents of 1226 working face.The spontaneous combustion rule in gob area was gotten.·It can be used to guide the production ofLinnancang coalmine.

lightly equipped top coal caving longwall faces;beam tube monitoring and measuring system;spontaneous combustion;three cuts of goaf

TD 75+2.1

A

1672-7169(2011)02-0055-04

2011-02-22

劉樹(shù)弟(1966-),男,河北饒陽(yáng)縣人,高級(jí)工程師,開(kāi)灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司技術(shù)管理部副主任。