工作面“三帶”觀測技術(shù)與應(yīng)用

摘?要：為確定采煤工作面采空區(qū)三帶范圍及動(dòng)態(tài)移動(dòng)情況、采煤范圍內(nèi)著火隱患源頭面積及采煤的允許回采工作進(jìn)度。推斷采空區(qū)在不同速度推進(jìn)時(shí)的自燃危險(xiǎn)性和實(shí)際條件下的自然發(fā)火期，以及對相似工作面的防滅火措施提供依據(jù)，做到超期預(yù)控，需對工作面采空區(qū)進(jìn)行“三帶”觀測工作。

關(guān)鍵詞：采煤工作面;“三帶”;技術(shù);應(yīng)用

一、現(xiàn)狀分析

采空區(qū)自然發(fā)火是影響煤礦安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重大隱患，控制采空區(qū)自然發(fā)火的措施多樣，超前掌握采空區(qū)發(fā)火規(guī)律有利于更好的采取滅火措施，更好的確保煤礦安全生產(chǎn)。目前，提前獲取采空區(qū)發(fā)火規(guī)律的措施主要有熱電偶和束管取樣測定技術(shù)，而我公司以前采用埋管抽氣法觀測采空區(qū)氣體濃度分布，此次采空區(qū)內(nèi)的氣體成分采用埋管抽取檢測。由于前期束管敷設(shè)沒有充分考慮到采空區(qū)積水的影響，導(dǎo)致束管被堵，無法獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。因此，考慮重新敷設(shè)束管進(jìn)行第二次觀測。

為確定采煤工作面采空區(qū)三帶范圍及動(dòng)態(tài)移動(dòng)情況、采煤范圍內(nèi)著火隱患源頭面積及采煤的允許回采工作進(jìn)度。推斷采空區(qū)在不同速度推進(jìn)時(shí)的自燃危險(xiǎn)性和實(shí)際條件下的自然發(fā)火期，以及對相似工作面的防滅火提供依據(jù)，對首采工作面采空區(qū)進(jìn)行“三帶”觀測工作。該礦首采201工作面已經(jīng)回采450m，剩余380m，推進(jìn)速度為6m/天。由施工單位生產(chǎn)服務(wù)工區(qū)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，采用埋管抽氣法觀測采空區(qū)氣體濃度分布，束管采用DN50鋼管進(jìn)行保護(hù)，并將束管吊掛至距底板1.5米處的巷幫，防止束管進(jìn)水，每隔50米設(shè)置一個(gè)觀測位置。將監(jiān)測束管安裝在采煤工作的兩側(cè)巷道內(nèi)，當(dāng)監(jiān)測到工作面內(nèi)O2的濃度不超過百分之五時(shí)，監(jiān)測開始完畢。觀測位置具體分布如圖下圖所示。

按照熱力學(xué)第一定律：即在一個(gè)封閉（孤立）系統(tǒng)的總能量保持不變。當(dāng)采煤工作面老空區(qū)內(nèi)的殘留煤氧化導(dǎo)致自然放出的熱能超過煤層上下平面散發(fā)的熱能和空氣流動(dòng)帶走的熱能的和時(shí)，就會引起工作面內(nèi)的煤層的溫度上升，進(jìn)而會促使煤層自燃，也就是說煤礦工作面老空區(qū)內(nèi)殘留煤受空氣氧化增加了熱量導(dǎo)致溫度上升應(yīng)該符合以下算式：

最終結(jié)論：煤礦工作面老空區(qū)內(nèi)殘留煤自然發(fā)火應(yīng)，首先是工作面回采完畢后留有大量的殘煤在老空區(qū)內(nèi)，才導(dǎo)致工作面內(nèi)殘留煤受空氣的氧化釋放出大量的熱能并且聚集在一起;其次是含有大量氧氣的空氣混入到煤礦工作面老空區(qū)內(nèi)給予煤層溫度上升提供支持;再就是要求漏風(fēng)不能過于嚴(yán)重，以免煤層溫度上升產(chǎn)生的熱能讓風(fēng)吹走。

參照采煤面的受壓分布、采煤面老空區(qū)內(nèi)“兩道”受力情況，包括氧氣的含量情況，模擬了滲流模型，構(gòu)造出來了采煤工作面老空區(qū)內(nèi)風(fēng)流的泄露情況和氧氣的含量情況。

二、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

參照采煤工作面老空區(qū)殘煤被氧化溫度上升范圍的寬度Lx，得出最大氧化升溫帶寬度Lmax=max{L}，從而計(jì)算出工作面極限推進(jìn)速度νmin，然后根據(jù)實(shí)際推進(jìn)速度ν是否大于極限推進(jìn)速度νmin，確定采空區(qū)是否有自燃危險(xiǎn)性。

三、推廣應(yīng)用情況

在充分討論、查閱資料的基礎(chǔ)上，該礦實(shí)施了《首采工作面“三帶”觀測技術(shù)與應(yīng)用》技術(shù)創(chuàng)新，此項(xiàng)技術(shù)在我公司新建礦井進(jìn)行了使用，效果良好，提前掌握到了一手技術(shù)資料，為下一步工作面防滅火工程具有指導(dǎo)意義。該項(xiàng)目科學(xué)合理，實(shí)用性強(qiáng)，質(zhì)量合格，同意推廣使用，為后期采空區(qū)防火工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

四、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益

（一）經(jīng)濟(jì)效益

該項(xiàng)《首采工作面“三帶”觀測技術(shù)與應(yīng)用》創(chuàng)新技術(shù)，可用來指導(dǎo)工作面的防滅火工作，做到了“預(yù)測預(yù)報(bào)、超前控制”避免了采空區(qū)自燃發(fā)火，提前消除了隱患。減少了因自然發(fā)火帶來的停工、停產(chǎn)，給該企業(yè)帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)上千萬元。

（二）社會效益

該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，為礦井防滅火工程提供了安全保障，建立了礦井防滅火的技術(shù)保障體系，順應(yīng)了科學(xué)發(fā)展觀和建設(shè)安全和諧礦井的趨勢。大大滿足了礦井的安全生產(chǎn)需要，實(shí)施效果良好，避免了采空區(qū)自燃發(fā)火，極大地提高了礦井安全生產(chǎn)的效率，促進(jìn)了職工生產(chǎn)、生活的穩(wěn)定。

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作者簡介：夏步友（1980-），男，漢族，山東金鄉(xiāng)人，本科，工程師，研究方向：采礦工程。