煤礦井下采空區(qū)自燃“三帶”的探討與考察

烏蘇四棵樹(shù)煤炭有限責(zé)任公司 新疆維吾爾自治區(qū) 833019

摘要：本文主要探討煤礦井下采空區(qū)自燃“三帶”的劃分、監(jiān)測(cè)及分析，確定自燃“三帶”區(qū)段，保證采煤工作面的正?；夭伞?/p>

關(guān)鍵詞：煤礦；自燃；三帶

引言

根據(jù)采空區(qū)自燃“三帶”的劃分、監(jiān)測(cè)及分析，自燃“三帶”區(qū)段，根據(jù)該區(qū)段采取針對(duì)性措施，確保安全生產(chǎn)。

一、采空區(qū)自燃“三帶”劃分

按采煤工作面采空區(qū)內(nèi)浮煤自燃危險(xiǎn)性的不同，可將采空區(qū)劃分為散熱帶、自燃帶和窒熄帶。在采煤工作面推進(jìn)過(guò)程中，采空區(qū)自燃“三帶”范圍和寬度隨采煤工作面漏風(fēng)量、氧濃度、浮煤厚度和采空區(qū)溫度等因素動(dòng)態(tài)變化。

自燃“三帶”的定性劃分指標(biāo)主要可分為3類：⑴按照氧濃度劃分采空區(qū)自燃“三帶”；⑵用溫升率指標(biāo)劃分采空區(qū)自燃“三帶”；⑶按照采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)風(fēng)速指標(biāo)劃分自燃“三帶”。根據(jù)自燃“三帶”的劃分情況，可以確定綜放面對(duì)自燃防治有利的最低月推進(jìn)度和最長(zhǎng)停采撤架封閉時(shí)間。

一般認(rèn)為劃分漏風(fēng)散熱帶和自燃帶的指標(biāo)為：氧濃度18%、日升溫速率≥、漏風(fēng)風(fēng)速0.015m/s。劃分自燃帶和窒熄帶的指標(biāo)為：氧濃度≤8%或10%，日升溫速率≤1℃/d，漏風(fēng)風(fēng)速0.00033m/s。自燃帶和窒熄帶的標(biāo)準(zhǔn)采用10%較多。

二、采空區(qū)自燃“三帶”監(jiān)測(cè)

1.采空區(qū)自燃“三帶”監(jiān)測(cè)方案

進(jìn)回風(fēng)巷內(nèi)沿底板向采空區(qū)各埋設(shè)一趟8芯束管，束管長(zhǎng)度150m，沿進(jìn)、回風(fēng)巷向外間隔30m各布置5個(gè)采樣頭。以上采樣頭一旦進(jìn)入采空區(qū)即開(kāi)始取氣分析，直至取樣分析結(jié)果表明采樣頭已經(jīng)進(jìn)入窒息帶。如果因?yàn)楣苈繁辉覕嗟仍驅(qū)е路治鰯?shù)據(jù)無(wú)意義時(shí)必須重新鋪設(shè)束管。

2.采空區(qū)自燃“三帶”分布的影響因素分析

煤體自燃過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程由煤體內(nèi)在自燃性和外界條件共同決定。綜放面采空區(qū)自燃“三帶”是個(gè)動(dòng)態(tài)的變化范圍，隨著推進(jìn)度、漏風(fēng)量、注氮量等多種因素變化而變化。因而采空區(qū)自燃“三帶”的寬度受到多因素的共同影響而動(dòng)態(tài)變化。其具體的影響因素如下：

（1）進(jìn)度影響

采空區(qū)自燃“三帶”的區(qū)域是一個(gè)動(dòng)態(tài)的范圍，隨著工作面的向前推進(jìn)而動(dòng)態(tài)的變化。當(dāng)工作面推進(jìn)速度緩慢甚至停產(chǎn)的情況下，處于采空區(qū)自燃帶內(nèi)的浮煤由于供氧蓄熱的時(shí)間延長(zhǎng)，氧化程度增強(qiáng)。

⑵采煤方法及回采率的影響

煤炭氧化自燃與礦井開(kāi)拓方式和方法、采區(qū)布置、開(kāi)采方法、礦井通風(fēng)方式和各個(gè)通風(fēng)區(qū)域的分風(fēng)方式有直接關(guān)系。開(kāi)采自燃煤層時(shí)為防治煤炭自燃，選擇適宜的開(kāi)采方法十分重要。一般開(kāi)采自燃煤層選用的開(kāi)采方法必須滿足下列條件：采凈煤炭，無(wú)遺煤或少遺煤；減少破壞煤體完整性的礦壓作用；保持煤層及分層回采順序，不超序掏采，杜絕或減少層間或煤體間的漏風(fēng)；盡量保證煤層在確定的開(kāi)采規(guī)模下及時(shí)采完，浮煤處于自燃帶的時(shí)間不超過(guò)自然發(fā)火期；采用適宜的回采工藝，保證工作面的推進(jìn)度和落煤工藝，避免煤炭過(guò)度破碎。

⑶采空區(qū)漏風(fēng)供氧的影響

漏風(fēng)供氧既取決于漏風(fēng)強(qiáng)度、供氧濃度、煤耗氧速率，也取決于煤的孔隙率、煤升溫形成的熱風(fēng)壓、煤中瓦斯釋放量等因素。漏風(fēng)供氧狀況對(duì)煤的氧化升溫也有決定性作用。煤的氧化性既取決于煤的自燃氧化放熱性，也受到各種外部供氧、儲(chǔ)熱、散熱條件的制約，外部條件改變還將使煤的熱源點(diǎn)降溫而停止自燃過(guò)程。因此，只有漏風(fēng)量形成易燃風(fēng)速區(qū)時(shí)才可能形成逆著漏風(fēng)方向發(fā)展的自燃點(diǎn)。據(jù)資料介紹，最易出現(xiàn)煤自燃發(fā)生的漏風(fēng)量為0.3～0.6 m3/min·m2。

采空區(qū)煤自燃與漏風(fēng)量密切相關(guān)。漏風(fēng)量越大，采空區(qū)三帶中處于自燃帶的浮煤范圍越大，因而保持相同推進(jìn)度，處于自燃帶內(nèi)的浮煤的氧化時(shí)間明顯延長(zhǎng)，浮煤的自燃危險(xiǎn)性大大提高。另外，如果采空區(qū)漏風(fēng)量增大，對(duì)采取注氮為主要手段的防火措施產(chǎn)生極為不利的影響，稀釋被采空區(qū)惰化的空氣，增加了煤自燃的危險(xiǎn)性。

不增加堵漏風(fēng)、注氮量、注漿等防火措施的情況下，增大工作面的風(fēng)量，明顯增大采空區(qū)的漏風(fēng)量，增加了采空區(qū)自燃帶浮煤的自燃危險(xiǎn)性。

⑷注氮對(duì)采空區(qū)自燃“三帶”寬度的影響

氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)的實(shí)質(zhì)是將氮?dú)馑腿胱匀紟В乖搮^(qū)域空氣惰化，氧氣濃度降低到煤自然發(fā)火的臨界濃度以下，以抑制煤的氧化自燃，直到火區(qū)窒熄。綜放工作面采空區(qū)防火注氮采用埋管注氮工藝。應(yīng)用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)考察采空區(qū)自燃三帶范圍，根據(jù)考察結(jié)果調(diào)整埋管步距，確保注氮管路出口在采空區(qū)自燃帶內(nèi)。

3.采空區(qū)自燃“三帶”實(shí)測(cè)分析

對(duì)采煤工作面采空區(qū)煤炭自燃氧化“三帶”進(jìn)行實(shí)測(cè)，氣體成份可以采用實(shí)驗(yàn)室的氣相色譜儀進(jìn)行處理分析，然后建立區(qū)自燃“三帶”FLUENT 數(shù)值模擬進(jìn)一步進(jìn)行分析對(duì)比。

4.自燃“三帶”與工作面推進(jìn)速度、自然發(fā)火期間關(guān)系

（1）自燃“三帶”與工作面推進(jìn)度關(guān)系

采空區(qū)自燃“三帶”的相對(duì)位置在時(shí)間上是隨時(shí)間變化的，在空間上是向工作面方向移動(dòng)的。在工作面風(fēng)量不變，推進(jìn)度發(fā)生變化的情況下，自燃帶的分布范圍也將發(fā)生變化。

（2）自燃“三帶”與自然發(fā)火期關(guān)系

在綜放面正?；夭善陂g，盡可能加快推進(jìn)，加強(qiáng)自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。在綜放面過(guò)構(gòu)造帶和設(shè)備檢修需要長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)的情況下，加強(qiáng)綜放面自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，采用注氮和注漿為主的綜合防滅火措施，工作面推進(jìn)速度能夠保證在最短自然發(fā)火期之內(nèi)將采空區(qū)內(nèi)遺煤甩進(jìn)窒熄帶，有效保證采空區(qū)內(nèi)浮煤在工作面開(kāi)采過(guò)程中不出現(xiàn)自燃情況。

小結(jié)

⑴通過(guò)在采空區(qū)鋪設(shè)束管，利用束管系統(tǒng)分析采空區(qū)測(cè)點(diǎn)氣體組份變化情況，考察了采空區(qū)氧濃度隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律，劃分出采空區(qū)自燃“三帶”實(shí)測(cè)區(qū)段，<20 m為散熱帶，20～93 m范圍內(nèi)為自燃帶，>93m為窒息帶。

⑵ 利用Fluent 軟件對(duì)采空區(qū)漏風(fēng)分布進(jìn)行模擬，根據(jù)漏風(fēng)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)劃分出了采空區(qū)自燃三帶，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合。結(jié)合Fluent 軟件模擬采空區(qū)漏風(fēng)分布情況，根據(jù)漏風(fēng)風(fēng)速劃分采空區(qū)“三帶”，得到采空區(qū)自燃三帶結(jié)果為18～93 m，與實(shí)測(cè)結(jié)果相符。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)Fluent 軟件模擬得到：隨著工作面風(fēng)量的增大，進(jìn)回風(fēng)側(cè)及工作面中部氧化帶范圍最遠(yuǎn)距離和最近距離都將增加，氧化帶的范圍也增大；隨著日推進(jìn)度增加，工作面回風(fēng)側(cè)自燃帶寬度也相應(yīng)增加，近似成線性關(guān)系，但發(fā)火期隨著日推進(jìn)度增加而縮短。結(jié)合A5煤層煤樣最短自然發(fā)火期為35天，在保持工作面通風(fēng)量和開(kāi)采條件不變的情況下，防止工作面采空區(qū)自然發(fā)火的最低推進(jìn)度為2.21 m/d。

作者簡(jiǎn)介：

賈華憲，男，漢，1964年7月12日出生，畢業(yè)于新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校，助理工程師，目前在新疆烏蘇四棵樹(shù)煤炭有限責(zé)任公司八號(hào)井任職。