采面采空區(qū)漏風(fēng)對遺煤自燃影響的分析

吳玉才

【摘 要】 文章針對采空區(qū)漏風(fēng)引發(fā)遺煤自燃進(jìn)而造成礦井火災(zāi)的問題，采用理論分析和現(xiàn)場實(shí)測的方法，研究了莒山煤礦ZF150301工作面采空區(qū)自燃“三帶”分布情況，以及漏風(fēng)量變化對CO含量變化的影響，間接得出了采空區(qū)漏風(fēng)對遺煤自燃傾向的影響變化。研究結(jié)果表明：1.U型通風(fēng)方式下，采空區(qū)漏風(fēng)的主要來源在下隅角附近，具體是從進(jìn)風(fēng)巷向工作面方向0～23m左右;2.進(jìn)一步加強(qiáng)對工作面上、下隅角的堵漏管理，有助于減少漏風(fēng)。為進(jìn)一步加強(qiáng)通風(fēng)管理，科學(xué)防治采空區(qū)遺煤自燃提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 采空區(qū);礦井通風(fēng);漏風(fēng);煤自燃;自燃“三帶”

1引言

采空區(qū)遺煤自燃，對煤礦井下人員生命及生產(chǎn)安全有著嚴(yán)重威脅。而采空區(qū)漏風(fēng)是造成遺煤自燃的主要原因。目前針對采空區(qū)漏風(fēng)形成的遺煤自燃問題，國內(nèi)外諸多學(xué)者做了大量研究，秦汝祥等用SF6示蹤氣體在工作面下隅角處進(jìn)行釋放，回風(fēng)巷處收集，測定了Y型通風(fēng)系統(tǒng)的漏風(fēng)情況，得到漏風(fēng)匯的位置及漏風(fēng)風(fēng)速分布范圍;儲方健等研究了礦井存在兩個(gè)漏風(fēng)源的情況，在兩個(gè)漏風(fēng)源處分別釋放CF2ClBr、SF6兩種示蹤指標(biāo)氣體，最終得到漏風(fēng)通道及漏風(fēng)量范圍;楊勇等根據(jù)礦井漏風(fēng)類型的不同，選擇不同的測漏風(fēng)的氣體，設(shè)置相應(yīng)的釋放點(diǎn)和取樣點(diǎn)，最終成功地分析出礦井漏風(fēng)的一些規(guī)律，能更好地采取一些防漏風(fēng)措施，保障了安全生產(chǎn);李韞化對U型通風(fēng)系統(tǒng)采空區(qū)煤自燃情況及漏風(fēng)流場進(jìn)行研究，結(jié)果表明采空區(qū)中的漏風(fēng)包括上隅角影響區(qū)、下隅角煤柱邊緣漏風(fēng)區(qū)、架后重點(diǎn)漏風(fēng)影響區(qū)三個(gè)特征區(qū)域，就自燃危險(xiǎn)性而言，上隅角漏風(fēng)最嚴(yán)重。但均未能利用科學(xué)儀器通過直接測定煤炭自燃產(chǎn)出氣體的濃度來預(yù)判遺煤自燃傾向性，而本文采用埋管定位直接測定O2、CO濃度的方法，較為直觀地反映采空區(qū)遺煤自燃傾向性彌補(bǔ)了上述不足。本文以莒山煤礦ZF150301工作面為研究對象，通過先行測定自燃“三帶”分布，再通過實(shí)驗(yàn)探究得出采空區(qū)漏風(fēng)對遺煤自燃的影響。

2采空區(qū)遺煤自燃“三帶”的劃定

2.1測定原理

根據(jù)現(xiàn)有理論，采空區(qū)自燃“三帶”的區(qū)分主要以判定遺煤是否發(fā)生自燃或自燃可能性為主，判定指標(biāo)主要有O2、CO的濃度。以上兩氣體濃度的測定方法依靠采空區(qū)束管進(jìn)行，通過預(yù)先埋設(shè)在采空區(qū)的埋管，可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)抽樣采集，然后通過色譜儀實(shí)驗(yàn)室分析，確定具體點(diǎn)位兩氣體濃度。為保證實(shí)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，在進(jìn)、回風(fēng)巷各埋設(shè)1路束管，每隔約30m布置一個(gè)測點(diǎn)（若采樣點(diǎn)氧氣濃度≥5%且一氧化碳濃度有上升趨勢，則根據(jù)實(shí)際情況，加大兩取樣點(diǎn)密度），上下順槽同時(shí)觀測，束管測點(diǎn)布置如圖1所示。

沿工作面傾斜方向，布置采樣點(diǎn)5個(gè)，回風(fēng)側(cè)起依次編號為1#～5#，隨著工作面推進(jìn)，持續(xù)測定采空區(qū)相應(yīng)點(diǎn)位的O2、CO氣體濃度，為判定“三帶”獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見表1、表2。

根據(jù)表1，進(jìn)風(fēng)巷一側(cè)的O2濃度均大于回風(fēng)巷側(cè)，沿工作面向采空區(qū)方向，氧氣濃度逐漸衰減，且回風(fēng)巷側(cè)衰減速度更快，可知回風(fēng)巷側(cè)的沿空留巷及相鄰采空區(qū)對工作面采空區(qū)O2濃度有增大影響。

根據(jù)表2，沿風(fēng)流方向的各測點(diǎn)CO最大值的出現(xiàn)速度放緩，且最大值呈減小趨勢，說明沿空留巷和相鄰采空區(qū)對遺煤自燃程度存在影響。

2.2“三帶”劃定

根據(jù)表1、表2中O2、CO兩種氣體濃度變化，O2濃度降低的同時(shí)CO濃度上升，說明該區(qū)域進(jìn)入氧化帶的可能性大，依次為判定依據(jù)，150301工作面采空區(qū)自燃“三帶”數(shù)值區(qū)域見表3。

當(dāng)前，自燃“三帶”的劃定，國內(nèi)外學(xué)者沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，主要原因是影響遺煤自燃的因素千差萬別，且不同煤礦的遺煤堆放環(huán)境大有不同，漏風(fēng)因素、遺煤厚度、濕度等條件相差較大，無法形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)多數(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，“三帶”劃定主要參考O2、CO兩種氣體濃度變化。CO氣體濃度迅速增大，O2濃度急速降低時(shí)，表明氧化反應(yīng)增強(qiáng)，該區(qū)域?qū)儆诳赡茏匀紟?反之，則表明氧化反應(yīng)減弱，該區(qū)域?qū)儆谥舷АＲ来螢榕卸ㄒ罁?jù)，根據(jù)表3，劃定自燃“三帶”示意如圖2。

3采空區(qū)漏風(fēng)對遺煤自燃的影響

3.1漏風(fēng)原因分析

礦井采空區(qū)漏風(fēng)會對自燃“三帶”劃分成果下的科學(xué)管理造成較大影響，會造成采空區(qū)風(fēng)流紊亂、風(fēng)壓分布不均等情況，進(jìn)而造成遺煤自燃。

相鄰礦井形成漏風(fēng)通道。礦井間漏風(fēng)大多原因是因?yàn)楣芾砩系牟灰?guī)范，造成相鄰礦井形成風(fēng)流通道，對通風(fēng)系統(tǒng)造成損害，進(jìn)而引起采空區(qū)遺煤自燃。

地表裂隙形成漏風(fēng)。此種情況是最為常見的外部漏風(fēng)原因，主要發(fā)生在煤層賦存較淺地區(qū)，氧氣由裂隙進(jìn)入負(fù)壓較低的采空區(qū)，引起自燃。

通風(fēng)構(gòu)筑物損壞造成漏風(fēng)。井下風(fēng)門、隔離墻等構(gòu)筑物在一定程度上阻止了風(fēng)流向采空區(qū)移動，一旦破壞，便會形成漏風(fēng)通道，導(dǎo)致漏風(fēng)。

煤柱裂隙引發(fā)漏風(fēng)。煤柱在兩側(cè)采動影響下，造成壓裂、裂隙發(fā)育，發(fā)育的裂隙形成了漏風(fēng)通道，尤其在相鄰采空區(qū)形成的漏風(fēng)通道，更加危險(xiǎn)。

底板巷與采空區(qū)間巖層松動引發(fā)漏風(fēng)。在局部高應(yīng)力的作用下，采空區(qū)下方的底板巷道容易形成裂隙發(fā)育，進(jìn)而形成漏風(fēng)通道，造成遺煤自燃。

3.2漏風(fēng)量與CO濃度關(guān)系分析

為進(jìn)一步研究莒山煤礦采空區(qū)漏風(fēng)對遺煤自燃的影響，在測點(diǎn)不變的情況下，控制現(xiàn)場風(fēng)量變化，間接控制漏風(fēng)量，同步監(jiān)測各測點(diǎn)CO濃度變化數(shù)據(jù)，得出漏風(fēng)量與CO濃度間的關(guān)系曲線，如圖3所示。

由圖3可知，工作面采空區(qū)CO濃度隨著漏風(fēng)量變化呈現(xiàn)出先增后減趨勢。當(dāng)漏風(fēng)量處在較低水平（小于40m3·min-1）時(shí)，采空區(qū)CO濃度緊隨漏風(fēng)量增加而增大，此時(shí)，漏風(fēng)為遺煤自燃提供了更加充足的氧氣，加速了自燃進(jìn)程。但是，當(dāng)漏風(fēng)量增大到一定程度（大于40m3·min-1）時(shí)，CO濃度卻逐漸呈現(xiàn)降低趨勢，說明漏出的風(fēng)量足夠?qū)O起到稀釋作用，反而引起濃度降低;或是因遺煤自然發(fā)火期較長，漏風(fēng)風(fēng)流暫時(shí)未能造成遺煤自燃。因此，為了減少CO產(chǎn)出，有效預(yù)防采空區(qū)遺煤自燃，必須因礦制宜地根據(jù)實(shí)際情況，采用針對性措施，嚴(yán)格控制井下采空區(qū)漏風(fēng)范圍。

4結(jié)論

經(jīng)過理論分析與現(xiàn)場實(shí)測，對莒山煤礦150301工作面漏風(fēng)情況作了詳細(xì)分析，對采空區(qū)遺煤自燃“三帶”進(jìn)行了劃定。

U型通風(fēng)方式下，采空區(qū)漏風(fēng)的主要來源在下隅角附近，具體是在進(jìn)風(fēng)巷向工作面方向0～23m左右。

進(jìn)一步加強(qiáng)對工作面上、下隅角的堵漏管理，有助于減少漏風(fēng)，對做好遺煤自燃防控有重要意義。

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