鄧欣雨 柳東明 柳剛

摘 要：采煤工作面采空區(qū)自然發(fā)火給全國各大煤礦安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅，應(yīng)采取防滅火措施加以防范。其中，采空區(qū)自燃“三帶”分布規(guī)律和自然發(fā)火危險區(qū)域劃分對于采空區(qū)防滅火工作具有重要指導(dǎo)意義。通過在某礦南五902綜采工作面采空區(qū)預(yù)埋束管，取樣化驗采空區(qū)氣體，并統(tǒng)計分析氣體濃度變化情況，合理劃分采空區(qū)自燃“三帶”，為采煤工作面防滅火工作提供科學(xué)技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：自燃“三帶”;預(yù)埋束管;氣體濃度;統(tǒng)計分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.055

0 前言

由于工作面開采是一個隨時間、空間動態(tài)發(fā)展的過程，隨工作面推進(jìn)采空區(qū)范圍不斷增大，采空區(qū)內(nèi)自然發(fā)火危險區(qū)域也隨之移動[1-2]。由于南五902工作面正?；夭善陂g，采取對采空區(qū)運(yùn)順埋管開區(qū)注氮惰化措施，加之本煤層斜交高位鉆孔、上隅角明管等瓦斯抽采手段的采用，對采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)場及氧濃度場分布規(guī)律產(chǎn)生復(fù)雜的疊加作用影響。因此，通過統(tǒng)計分析南五902采空區(qū)運(yùn)、回順束管氣體數(shù)據(jù)，對采空區(qū)注氮惰化條件下自燃“三帶”范圍進(jìn)行劃分，為針對自然發(fā)火危險區(qū)域進(jìn)一步采取防滅火措施，切實保證工作面生產(chǎn)安全提供技術(shù)支撐。

1 工作面概況

南五902工作面位于南五采區(qū)東部。工作面走向長1118m，傾向長160m，采用走向長壁后退式采煤法，綜合機(jī)械化采煤工藝，自然垮落法處理采空區(qū)。工作面采用“U”型通風(fēng)方式，風(fēng)量為1100m3/min。南五902工作面所采9煤層，為Ⅰ類易自燃煤層，自然發(fā)火期1～3個月，平均煤厚為1.79m。

工作面正?；夭善陂g，沿運(yùn)順每間隔約20m鋪設(shè)一趟注氮管，當(dāng)注氮管出口進(jìn)入采空區(qū)40～60m區(qū)域后開始注氮。通常采用兩趟管路同時注氮，合計注氮量1400m3/h，氮氣濃度大于97%。

2 采空區(qū)自燃“三帶”劃分依據(jù)

本次采空區(qū)自燃“三帶”測定是通過預(yù)埋束管的方式，采集采空區(qū)內(nèi)部氣樣進(jìn)行氣體組份分析，并依據(jù)氧氣濃度對采空區(qū)自燃“三帶”進(jìn)行劃分，此種方法具有快速、準(zhǔn)確、簡便易行等特點，是目前應(yīng)用最為廣泛的“三帶”劃分方法[3-4]，具體如下：

散熱帶內(nèi)由于漏風(fēng)較大，氧氣濃度偏高，常取大于18%;氧化帶內(nèi)的氧氣濃度為5～18%;窒息帶的氧氣濃度小于5%[5-6]。

3 工作面采空區(qū)氣體監(jiān)測結(jié)果分析

隨工作面推進(jìn)，沿工作面運(yùn)回順間隔30～50m埋設(shè)束管，束管外套4分鋼管進(jìn)行保護(hù)，每班對束管進(jìn)行取樣化驗，通過對束管氣體取樣化驗結(jié)果的整理分析，現(xiàn)階段采空區(qū)自燃“三帶”劃分提供支撐。

3.1 運(yùn)順束管監(jiān)測數(shù)據(jù)

本次選取保護(hù)較為完好、受影響較小的3月31日埋設(shè)束管進(jìn)行數(shù)據(jù)分析工作。運(yùn)順3月31日束管隨工作面推進(jìn)部分監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖1所示。

由圖1可知，隨工作面推進(jìn)束管逐漸進(jìn)入采空區(qū)，4月3日零點班，采空區(qū)內(nèi)16m處，氧氣濃度為19.94%，說明下隅角漏風(fēng)較大，尚未進(jìn)入氧化帶，仍舊處于散熱帶內(nèi);由于4月4日～4月7日清明節(jié)放假，4月3日白班開始提前對工作面進(jìn)行臨時封閉，封閉后采取注氮與二氧化碳混合氣體惰化采空區(qū)的措施，因而導(dǎo)致采空區(qū)束管氧氣濃度急劇下降至3.58%，CO2含量達(dá)23.38%，放假期間，運(yùn)順側(cè)采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度始終保持在5%以下，閉區(qū)惰化效果顯著。4月9日啟封后，工作面推進(jìn)至20m，采空區(qū)束管氧氣濃度恢復(fù)至17.75%，并隨工作面推進(jìn)逐漸下降至13.05%，同時，CO濃度由19ppm升高至36ppm，說明束管開始進(jìn)入氧化帶;4月12日運(yùn)順注氮由3月26日埋管710m3/h與3月29日埋管680m3/h改為3月29日埋管680m3/h與4月1日埋管710m3/h，注氮管路與束管相對位置示意圖，如圖2所示，束管氧氣濃度迅速下降至4.31%，采空區(qū)注氮取得較好效果，起到惰化氧化帶的作用;此后，隨著束管埋入采空區(qū)深度的增加，氧氣濃度始終保持在5%以下，CO濃度維持在6ppm以下，說明采空區(qū)運(yùn)順側(cè)束管進(jìn)入窒息帶。

3.2 回順束管監(jiān)測數(shù)據(jù)

本次選取保護(hù)較好，受其他因素影響較小的4月15日埋設(shè)束管對回順側(cè)采空區(qū)氣體情況進(jìn)行分析。南五902回順4月15日束管部分監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖3所示。

隨工作面推進(jìn)，4月15日束管逐漸埋入采空區(qū)，至4月17日白班，埋入11.2m范圍內(nèi)，束管氧氣濃度始終保持在19%以上，說明此時束管仍處于散熱帶內(nèi);束管埋入采空區(qū)12.8m時氧氣濃度下降至13.80%，同時CO濃度由15ppm上升至67ppm，并伴隨微量乙烯出現(xiàn)，說明束管開始進(jìn)入氧化帶，處于氧化帶內(nèi)的煤體氧化速度加快;此后，隨工作面繼續(xù)推進(jìn)，氧氣濃度略有反復(fù)，但均維持在18%以下，且總體呈現(xiàn)下降趨勢;4月22日零點班，束管埋深38.4m，氧氣濃度5.01%，CO濃度下降至12ppm;此后，束管監(jiān)測氧氣濃度均保持在5%以下，CO濃度維持在10ppm以下，因此可以判定采空區(qū)回順側(cè)束管進(jìn)入窒息帶。

4 注氮惰化條件下采空區(qū)自燃“三帶”劃分結(jié)論

根據(jù)南五902工作面采空區(qū)束管監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，采用氧氣濃度作為采空區(qū)自燃“三帶”劃分依據(jù)，對南五902工作面采空區(qū)自燃“三帶”進(jìn)行靜態(tài)劃分。采空區(qū)自燃“三帶”劃分結(jié)果如圖4所示。

（1）運(yùn)順側(cè)采空區(qū)氧化帶范圍為采空區(qū)內(nèi)20.0m～32.0m，寬度12m;回順側(cè)采空區(qū)氧化帶范圍為采空區(qū)內(nèi)12.8m～38.4m，寬度25.6m。

（2）工作面下隅角漏風(fēng)強(qiáng)度及漏風(fēng)半徑大于上隅角，因而造成運(yùn)順側(cè)采空區(qū)散熱帶深度大于回順一側(cè)，但由于運(yùn)順側(cè)埋管對采空區(qū)深、淺部同時開區(qū)注氮，使得運(yùn)順側(cè)氧化帶明顯前移，現(xiàn)階段注氮方式起到了較好的效果。

（3）本次采空區(qū)自燃“三帶”是在采空區(qū)注氮惰化條件下測定的，因此測定結(jié)果具有一定的特殊性和指導(dǎo)性，能夠?qū)ο嗨乒ぷ髅孀⒌杌瘲l件下采空區(qū)危險區(qū)域劃分提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：鄧欣雨（1989-），男，遼寧調(diào)兵山人，本科，工程師，副科長，研究方向：采礦工程。