采空區(qū)“三帶”測定在8214綜放面的實踐應(yīng)用

力尚全

（大同煤礦集團(tuán)公司通風(fēng)處，山西 大同 037003）

礦井內(nèi)因火災(zāi)絕大部分發(fā)生在采空區(qū)附近，當(dāng)采空區(qū)浮煤具備良好的漏風(fēng)供氧和蓄熱條件時，會造成采空區(qū)浮煤自燃。工作面風(fēng)量不同、煤層賦存不同、采煤方法不同等均會改變采空區(qū)“三帶”的分布，采用的防滅火方法也有區(qū)別。因此，需要準(zhǔn)確掌握燕子山礦8214綜放工作面采空區(qū)自然發(fā)火“三帶”，以便制定科學(xué)有效的8214面防滅火措施。

1 8214綜放工作面概況

8214綜放工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度不穩(wěn)定，煤層全厚為7.5～8.4m，有1至5層0.1～1.0m的夾石，平均厚度0.45m，煤層大致走向東西，傾向北，傾角為3°。8214工作面走向長度150m，傾向長度2530m。山西組4#煤層最短自然發(fā)火期78d，屬自燃煤層，自然發(fā)火等級為Ⅱ類。8214工作面計劃配風(fēng)量2050m3/min，實際供風(fēng)量2230m3/min。8214工作面瓦斯相對涌出量為2.61m3/t，絕對涌出量為0.24m3/min，二氧化碳相對涌出量為3.80m3/t，絕對涌出量為0.35m3/min。通過日常人工檢查上隅角CH4濃度0.3%，CO2濃度0.4%，CO濃度12ppm，溫度（T）為18℃。

2 “三帶”測定

2.1 采空區(qū)“三帶”測定方法

燕子山礦8214綜放工作面采空區(qū)“三帶”測定前期的數(shù)據(jù)取樣收集，采用在8214面進(jìn)、回風(fēng)順槽埋設(shè)采空區(qū)束管和熱敏探頭，測定采空區(qū)內(nèi)溫度和O2含量的變化，其方法如圖1所示。

在8214工作面上、下隅角分別埋入Φ50mm鋼管1趟，并隨著工作面的推進(jìn)加長鋼管，管內(nèi)穿入束管單管1根和熱敏電阻1個。取樣頭的設(shè)置如圖2所示，取樣頭為直徑Φ108 mm、長250mm的圓柱形鋼管，將鋼管一端封嚴(yán)，另一端焊上Ф50mm 接頭，將取樣頭鉆上無數(shù)的小孔，以便氣體進(jìn)入取樣頭，將熱敏電阻和束管單管伸入取樣頭并用封泥將進(jìn)口封嚴(yán)。隨著工作面的推進(jìn)，束管埋管逐漸伸入采空區(qū)內(nèi)，采用24h連續(xù)取樣監(jiān)測采空區(qū)束管和熱敏電阻測點(diǎn)的O2含量及溫度變化過程，以此劃分采空區(qū)“三帶”范圍。

圖1 采空區(qū)“三帶”測定埋管示意圖

利用多參數(shù)便攜式儀器在井下直接測試埋管中束管內(nèi)的氣體濃度，同時取氣樣送到地面色譜儀上分析氣體成分，其方法為：將便攜式抽氣泵進(jìn)口端連接埋管中的束管單管，開動抽氣泵約2～5min（根據(jù)采空區(qū)埋管距離決定抽氣時間），然后再將便攜式儀器連接抽氣泵出口端，并記錄儀器的數(shù)值。如果便攜式儀器沒有固定的接口，則將便攜式儀器放在白色塑料袋中，將抽氣泵出口端的管子也放入塑料袋中，用手捏住塑料袋出口，當(dāng)塑料袋中空氣排完后，就可讀取儀器的數(shù)值。便攜式儀器直接測試完后，可將取樣球連接抽氣泵出口端取樣，在取樣時，應(yīng)將取氣球膽清洗3次。

圖2 取氣和測溫探頭示意圖

溫度測試可在工作面用測溫儀連接采空區(qū)埋管中導(dǎo)線，并記錄數(shù)值，再到地面查表中對應(yīng)數(shù)值，就可得出埋管中熱敏電阻溫度。

數(shù)據(jù)的采集、引線、引管在進(jìn)、回風(fēng)巷的端頭距采面端頭支架的距離為100m。組合探頭進(jìn)入采空區(qū)3m時，開始進(jìn)行測試，每天1次，并做好詳細(xì)記錄，繪制T、O2、CO、CH4等濃度的曲線圖。

為了防止采空區(qū)積水堵塞束管，每個探頭抬高0.6m以上。同時在探頭外用留有孔的鐵箱罩住，以防擠壓。

2.2 8214采空區(qū)“三帶”測定結(jié)果

根據(jù)上述測定結(jié)果通過長達(dá)19d的測定工作，將進(jìn)風(fēng)側(cè)測點(diǎn)和回風(fēng)側(cè)測點(diǎn)溫度、氧氣濃度隨采空區(qū)深度變化實測數(shù)據(jù)（見表1）輸入計算機(jī)后繪制出曲線（見圖3、圖4）。

圖3 8214工作面采空區(qū)“三帶”進(jìn)風(fēng)側(cè)測定結(jié)果曲線

圖4 8214工作面采空區(qū)“三帶”回風(fēng)側(cè)測定結(jié)果曲線

2.3 8214采空區(qū)“三帶”測定結(jié)論

根據(jù)采空區(qū)埋設(shè)束管及溫度探頭，結(jié)合采空區(qū)“三帶”的數(shù)學(xué)模型解算，利用綜合方法劃分出8214工作面采空區(qū)水平“三帶”的范圍為：進(jìn)風(fēng)側(cè)距工作面25m以內(nèi)、回風(fēng)側(cè)距工作面18m以內(nèi)為通風(fēng)散熱帶；進(jìn)風(fēng)側(cè)距工作面25～135m之間、回風(fēng)側(cè)距工作面18～120m之間為氧化帶；進(jìn)風(fēng)側(cè)距工作面135m以外、回風(fēng)側(cè)距工作面120m以外為窒息帶。從而得出以氧氣、溫度劃分工作面采空區(qū)的范圍。

3 “三帶”測定注意事項

燕子山礦8214綜放工作面采空區(qū)“三帶”測定的核心是利用進(jìn)、回風(fēng)順槽埋設(shè)采空區(qū)束管和熱敏探頭測定采空區(qū)內(nèi)溫度和O2含量的變化，測試結(jié)果是否準(zhǔn)確，采集數(shù)據(jù)是否真實，熱敏探頭和束管的安裝質(zhì)量是關(guān)鍵所在，也決定了方案實施的成敗。為了測定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，防止采空區(qū)積水堵塞束管，每個探頭需抬高0.6m以上，同時在探頭外用留有孔的鐵箱罩住，以防擠壓而堵塞束管，造成采空區(qū)氣體無法采集。保護(hù)熱敏探頭引線的管子，應(yīng)靠回風(fēng)順槽側(cè)沿上幫煤壁挖溝埋設(shè)，綜放工作面采空區(qū)進(jìn)、回風(fēng)側(cè)引線端頭都采用靠巷道上部吊掛；將取樣器放置于保護(hù)罩中，可有效的保護(hù)熱敏電阻不受損壞，并且能夠準(zhǔn)確掌握采空區(qū)溫度的變化；將熱敏電阻和束管頭處用黃泥與外界隔開，確保采集的氣樣全部來自采空區(qū)內(nèi)部。

表1 8214工作面采空區(qū)“三帶”測定結(jié)果原始記錄表

4 結(jié)語

此方案在大同煤礦集團(tuán)公司燕子山礦4#層8214綜放工作面的成功應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確采集采空區(qū)不同區(qū)域的氣體、溫度數(shù)據(jù)，通過采空區(qū)“三帶”測定結(jié)果，結(jié)合采空區(qū)注氮防火措施，為燕子山礦4#層8214綜放工作面防火提供安全保障，對厚煤層大采高綜放工作面開展科學(xué)合理的防滅火工作具有實踐指導(dǎo)意義。