近距離易自燃煤層群開(kāi)采上層采空區(qū)氣體分布規(guī)律研究.pdf

1、近距離煤層，通常認(rèn)為是煤層層間距很近，開(kāi)采時(shí)具有顯著相互影響的煤層。近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程加快，煤炭作為主要能源消耗也在逐年增加，我國(guó)各大煤田上部煤層均已開(kāi)采殆盡并相續(xù)進(jìn)入深部開(kāi)采，在深部開(kāi)采中更多的是近距離煤層開(kāi)采。近距離煤層開(kāi)采則面臨比單一煤層更多更復(fù)雜的問(wèn)題，現(xiàn)代煤礦開(kāi)采技術(shù)頂板管理一般采用全部垮落法，由于近距離煤層開(kāi)采過(guò)程中上覆煤層的開(kāi)采已對(duì)下分層的頂板產(chǎn)生破壞，這不但給下分層開(kāi)采時(shí)的頂板管理增加了困難，也使得在下分層頂板垮

2、落時(shí)，上覆煤層采空區(qū)、頂板也隨之垮落，使上下采空區(qū)連通進(jìn)而形成漏風(fēng)供養(yǎng)環(huán)境、對(duì)于易自燃煤層來(lái)說(shuō)煤層本身具有自燃傾向性，近距離煤層開(kāi)采中其上部采空區(qū)中遺留有浮煤并具有一定厚度、當(dāng)采空區(qū)中集聚了達(dá)到遺煤自然發(fā)火所需熱量時(shí)則極易引起采空區(qū)中遺煤自燃，這給礦工生命安全和煤礦生產(chǎn)造成巨大威脅。研究近距離煤層群開(kāi)采過(guò)程中本煤層及上部采空區(qū)浮煤自然發(fā)火規(guī)律及綜合防治技術(shù)對(duì)防止礦井火災(zāi)事故發(fā)生具有重要意義。
　　中煤平朔井工二礦9號(hào)煤層屬于自燃煤

3、層現(xiàn)已采空，厚3.05～19.46m，平均厚度12.51m，11號(hào)煤層屬于自燃煤層，厚度為0.95～9.77m，平均厚度為4.7m，11號(hào)煤層與上覆的9號(hào)煤層層間距平均為7.78m。
　　本文通過(guò)9號(hào)煤層及11號(hào)煤層煤樣自燃特性綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn)，CFD（Computational Fluid Dynamics，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）模擬采空區(qū)氣體分布規(guī)律研究，井下鉆孔束管監(jiān)測(cè)1103工作面上覆采空區(qū)氣體濃度及束管監(jiān)測(cè)1103工作面本煤層采空

4、區(qū)指標(biāo)氣體濃度情況得到如下結(jié)論:
　　1.平朔井工二礦9號(hào)、11號(hào)煤自燃特性基礎(chǔ)參數(shù)為揮發(fā)份較高(大于18％)、煤樣孔隙率較大、煤中全硫較高、煤巖組分中鏡質(zhì)組較高、煤層均為自燃煤層。
　　2.通過(guò)平朔井工二礦9號(hào)、11號(hào)煤樣自燃特性實(shí)驗(yàn)研究得出綜合判斷采空區(qū)遺煤自燃的氣體指標(biāo)，即觀(guān)測(cè)氣體CO濃度變化并結(jié)合C2H4和C2H2濃度綜合作為對(duì)采空區(qū)遺煤自然發(fā)火及燃燒程度發(fā)展趨勢(shì)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。CO出現(xiàn)表明煤樣已經(jīng)開(kāi)始氧化，如果檢測(cè)中出

5、現(xiàn)了C2H4，則表明煤已進(jìn)入加速氧化自熱階段，C2H2氣體的出現(xiàn)說(shuō)明遺煤已經(jīng)燃燒。
　　3.通過(guò)使用CFD模擬平朔井工二礦11號(hào)煤層1103工作面上覆采空區(qū)氣體分布，得出1103工作面上部采空區(qū)氧氣濃度在1103工作面后方距離1103工作面0m-40m達(dá)到5％-10％，距1103工作面40m-250m氧氣濃度為3％-5％，距1103工作面250m之后氧氣濃度下降到3％以下，1103工作面上覆采空區(qū)在1103工作面前方時(shí)除了工作面附

6、近很窄的氧氣過(guò)渡帶之外氧氣濃度均在3％以下。
　　4.通過(guò)對(duì)平朔井工二礦井下鉆孔預(yù)埋束管，監(jiān)測(cè)了1103工作面上覆采空區(qū)的氣體濃度及分布并與CFD模擬11號(hào)煤層1103工作面上覆采空區(qū)氣體分布相對(duì)比模擬結(jié)果與實(shí)際情況吻合較好，驗(yàn)證了結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)采空區(qū)氣體分布情況得出平朔井工二礦1103工作面上覆采空區(qū)目前并未出現(xiàn)大面積煤炭自燃。
　　5.通過(guò)對(duì)平朔井工二礦11號(hào)煤層1103工作面采空區(qū)氣體分布劃分出了1103工作面采空

7、區(qū)危險(xiǎn)區(qū)域范圍，即采空區(qū)散熱帶是工作面后0 m-40m范圍，氧化帶是40m-250m范圍，窒息帶大于250m范圍。1103工作面最小推進(jìn)度為1.76m/d。
　　本文通過(guò)平朔井工二礦9號(hào)、11號(hào)煤樣自燃試驗(yàn)研究得出9號(hào)煤、11號(hào)煤自燃指標(biāo)氣體，井下束管監(jiān)測(cè)11號(hào)煤1103工作面開(kāi)采時(shí)上覆采空區(qū)氣體濃度及分布規(guī)律，并結(jié)合數(shù)值模擬預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)上覆采空區(qū)遺煤自燃。本文的研究結(jié)果對(duì)研究近距離煤層開(kāi)采下分層時(shí)上覆采空區(qū)自然發(fā)火規(guī)律及防治具有指導(dǎo)