淺埋藏采空區(qū)漏風(fēng)及自燃氧化“三帶”特征研究

1、<p>　　淺埋藏采空區(qū)漏風(fēng)及自燃氧化“三帶”特征研究</p><p>　　[摘 要]根據(jù)目前淺埋藏采空區(qū)漏風(fēng)條件下自燃“三帶”的研究現(xiàn)狀，結(jié)合磁窯溝10-2號(hào)煤層10202工作面現(xiàn)在情況，利用SF6示蹤氣體采空區(qū)漏風(fēng)測定方法對該工作面進(jìn)行漏風(fēng)量測定，然后通過現(xiàn)場埋管布點(diǎn)觀測，確定存在垂直裂隙漏風(fēng)通道的淺埋藏煤層采空區(qū)“三帶”分布范圍。通過以上實(shí)測數(shù)據(jù)及分析，掌握了采空區(qū)漏風(fēng)及自燃氧化三帶的分布特征，對

2、采空區(qū)防火提供了依據(jù)。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]淺埋藏；自燃“三帶”；漏風(fēng)；采空區(qū) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TD75. 2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）15-0128-03 </p><p>　　Research on the Characteristics of Air Leakage and Spontaneous

3、Combustion "Three Zones" in Shallow Buried Goaf </p><p>　　XU Jin-zhong </p><p>　?。⊿hanxi Hequ Jinshen Ciyaogou Coal Industry Company Limited，Xinzhou 036500，China） </p><p>

4、　　[Abstract]According to the research status of spontaneous combustion "three zones" under the condition of shallow buried goaf and air leakage， the 10202 working face of Ci YaoGou 10-2 coal seam was combined.

5、Leakage air volume of the working faceusing was measured by the method of SF6 gas ， and then points was buried with pipes to observe， The "three zones" of shallow buried coal seam was determined under the distr

6、ibution of vertical fissure air leakage channel . though analysis the measured dat</p><p>　　[Key words]Shallow buried； Spontaneous combustion "three zones"； Air leakage ；Goaf </p><p>&

7、lt;b>　　引言 </b></p><p>　　采用綜采放頂煤開采方法開采大采高、特厚煤層時(shí)，往往在采空區(qū)留有大量的松散遺煤，這些遺煤通過物理吸附和化學(xué)吸附，在合適的條件下很容易與采空區(qū)漏風(fēng)流中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致采空區(qū)自燃火災(zāi)的發(fā)生，嚴(yán)重威脅礦井生產(chǎn)[1-5]。對于厚煤層而言，一次采全高開采法有著不可替代的優(yōu)越性，但在開采過程中，由于開采強(qiáng)度大，采煤周期長，導(dǎo)致采空區(qū)丟煤量較大；同時(shí)隨著

8、工作面產(chǎn)能及瓦斯涌出的不斷加大，工作面供風(fēng)量相應(yīng)加大，造成采空區(qū)漏風(fēng)亦越發(fā)嚴(yán)重，從而導(dǎo)致采空區(qū)浮煤的自然發(fā)火危險(xiǎn)性越來越大。采空區(qū)浮煤自然發(fā)火是多種因素綜合作用的結(jié)果，必須綜合考慮有關(guān)煤層的自燃特性、煤層厚度、賦存狀況、頂?shù)装鍘r性、巷道布置和回采方法、地溫特征、通風(fēng)系統(tǒng)和采空區(qū)漏風(fēng)狀況等因素。 </p><p>　　對于回采工作面采用全部冒落法走向長壁W型通風(fēng)方式回采，在工作面推進(jìn)過程中，采空區(qū)內(nèi)空氣的流動(dòng)或采空

9、區(qū)漏風(fēng)隨著與工作面距離的加大逐漸減弱，漏風(fēng)的壓差為工作面的壓差，漏風(fēng)量大小、范圍與工作面的風(fēng)量、風(fēng)阻以及采空區(qū)的漏風(fēng)風(fēng)阻有關(guān)。按遺煤發(fā)生自燃的可能性可將采空區(qū)劃分為散熱帶、自燃帶、窒息帶[6-8]。采空區(qū)自燃“三帶”劃分是礦井防滅火基礎(chǔ)工作的重要內(nèi)容之一，工作面正常生產(chǎn)時(shí)，采空區(qū)自燃“三帶”是客觀存在的，而且處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定狀態(tài)[9-11]。對于有些淺埋藏煤層頂板堅(jiān)硬，盡管容易支護(hù)，不易垮落，且垮落不嚴(yán)實(shí)，盡管開采時(shí)通過對兩巷頂板進(jìn)行

10、弱化處理來強(qiáng)迫放頂，但工作面中部懸頂面積仍很大，存在垂直裂隙，形成漏風(fēng)通道，使采空區(qū)漏風(fēng)大，氧化帶寬，氧化帶浮煤易氧化自燃。本文選取磁窯溝10-2號(hào)煤層10202工作面進(jìn)行埋管布點(diǎn)觀測，確定存在垂直裂隙漏風(fēng)通道的淺埋藏煤層采空區(qū)“三帶”分布范圍，為制定采空區(qū)防滅火措施提供依據(jù)。 </p><p><b>　　1 工作面概況 </b></p><p>　　磁窯溝煤礦煤層

11、屬于淺埋藏厚煤層，生產(chǎn)能力為120萬噸每年，磁窯溝10202工作面主采10-2煤層，煤層平均厚度5.86m，局部煤層厚度達(dá)8～10m，一次采全高，頂板直接冒落法，使得采空區(qū)浮煤厚度較大，為采空區(qū)遺煤自燃提供了物質(zhì)條件。煤層自然發(fā)火期為3～6個(gè)月，煤的自燃傾向等級分別為自燃和容易自燃煤層，使采空區(qū)遺煤具有自燃的本質(zhì)內(nèi)在屬性。由于采后由于采空區(qū)冒落高度大，埋深淺，地表高低起伏嚴(yán)重，造成地表沉陷，形成大、中、小裂隙，促使井下工作面采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)

12、重，上隅角一氧化碳時(shí)有涌出，影響工作面的安全回采。 </p><p>　　磁窯溝10202工作面存在著自然發(fā)火威脅，具體體現(xiàn)在：①工作面所采煤層為自然發(fā)火煤層；②工作面特厚煤層一次采全高，平均采高5.86m，采空區(qū)空間大，浮煤多，采空區(qū)浮煤易達(dá)到其自燃發(fā)火期而自燃；③10-2煤層頂板堅(jiān)硬，盡管容易支護(hù)，不易垮落，且垮落不嚴(yán)實(shí)，盡管開采時(shí)通過對兩巷頂板進(jìn)行弱化處理來強(qiáng)迫放頂，但工作面中部懸頂面積仍很大，存在垂直裂隙

13、，形成漏風(fēng)通道，使采空區(qū)漏風(fēng)大，氧化帶寬，氧化帶浮煤易氧化自燃。 　　為了掌握采空區(qū)的自燃情況，在實(shí)測采空區(qū)漏風(fēng)基礎(chǔ)上，對采空區(qū)自燃氧化“三帶”的分布進(jìn)行了分析，對制定防滅火技術(shù)措施提供了依據(jù)。 </p><p>　　2 工作面漏風(fēng)情況 </p><p>　　通過對10202工作面的通風(fēng)環(huán)境分析，采空區(qū)漏風(fēng)來源主要為：工作面上下隅角漏風(fēng)、工作面沿程漏風(fēng)、采空區(qū)上覆裂隙地面漏風(fēng)等。為此，對

14、井下采空區(qū)的漏風(fēng)進(jìn)行了示蹤氣體的定量測試。10202工作面采空區(qū)漏風(fēng)分析如下。 </p><p>　　2.1 示蹤氣體采空區(qū)漏風(fēng)測定 </p><p>　　連續(xù)恒量釋放法就是在某一段測試巷道進(jìn)風(fēng)風(fēng)流中，恒定連續(xù)釋放SF6氣體，然后分別在所測巷道的下風(fēng)流方向設(shè)置的采樣點(diǎn)收集氣體。若沿途各測點(diǎn)風(fēng)流中的SF6氣體濃度恒定不變，則表明沿途向外漏風(fēng)或不漏風(fēng)；若沿途各測點(diǎn)風(fēng)流中氣體濃度呈下降趨勢，則表

15、明有漏風(fēng)涌入，通過對比分析，求得沿途漏風(fēng)量，從而找出漏風(fēng)規(guī)律。 </p><p>　　示蹤氣體的釋放速率為q，假定采樣時(shí)示蹤氣體已與空氣充分均勻混合，通過某一采樣點(diǎn)A的風(fēng)量為QA，示蹤氣體的濃度為CA，沿途有風(fēng)流漏入，下一采樣點(diǎn)B的風(fēng)量為QB，SF6的濃度為CB，則這兩點(diǎn)之間的漏風(fēng)量ΔQ為： </p><p>　　2.2 漏風(fēng)量測試設(shè)備 </p><p>　　SF6

16、氣體連續(xù)恒定釋放系統(tǒng)由示蹤氣體及鋼瓶、減壓器、穩(wěn)壓器、穩(wěn)流器及流量計(jì)等組成，如圖1所示。釋放裝置經(jīng)過二級穩(wěn)壓和一級穩(wěn)流，保證釋放流量穩(wěn)定及連續(xù)可調(diào)。流量范圍可控制在20～250ml/min。用氣囊在各個(gè)采樣點(diǎn)采氣，利用GC-4000A型氣相色譜儀檢測所采集氣的中SF6的濃度。通過分析計(jì)算可得到工作面采空區(qū)的漏風(fēng)量分布及規(guī)律。釋放及測試裝置見圖1。 </p><p>　　2.3 10202工作面采空區(qū)漏風(fēng)實(shí)測 &l

17、t;/p><p>　　根據(jù)10202工作面通風(fēng)系統(tǒng)及巷道布置情況，共設(shè)置5個(gè)SF6采樣點(diǎn)、1個(gè)SF6釋放點(diǎn)，測點(diǎn)布置如圖2所示： </p><p>　　SF6連續(xù)釋放流量為200ml/min，釋放地點(diǎn)在進(jìn)風(fēng)巷距工作面60m；采樣點(diǎn)有5處，分別在回采工作面從釋放點(diǎn)下風(fēng)流50m處每隔30m測定一個(gè)數(shù)據(jù)，共4個(gè)測點(diǎn)；另外在回風(fēng)巷距工作面30m處測定一個(gè)數(shù)據(jù)。釋放點(diǎn)與1測點(diǎn)相距為50m；30min后測

18、點(diǎn)按照順序可依次檢測。 </p><p>　　2.4 檢測結(jié)果及分析 </p><p>　　根據(jù)以上布點(diǎn)方案，利用GC-4000A型氣相色譜儀測定氣體濃度，同時(shí)根據(jù)公式下式可計(jì)算出漏風(fēng)量及漏風(fēng)率，計(jì)算結(jié)果及濃度測定如下表1所示。 </p><p>　　式中：q為SF6氣體的釋放量， ml/min；αi為巷道i段的漏風(fēng)率，%；Ci+1為各點(diǎn)SF6的氣體濃度，%；Q總為

19、總進(jìn)風(fēng)量，m3/min。 </p><p>　　首先對漏入采空區(qū)又流出的風(fēng)量進(jìn)行測定，濃度測定如下表2所示。 </p><p>　　從表2中可以看到，由工作面漏入采空區(qū)又流出的風(fēng)量為65.02m3/min，占進(jìn)風(fēng)總量的4.52%，發(fā)現(xiàn)工作面中部漏風(fēng)量較大，隨后漏風(fēng)逐漸減小。 </p><p>　　3 采空區(qū)自燃“三帶”的分布特征 </p><p&

20、gt;　　10202工作面采空區(qū)測點(diǎn)布置如下圖3所示，工作面回風(fēng)順槽及輔運(yùn)順槽內(nèi)側(cè)分別布置兩個(gè)測點(diǎn)。劃分自燃“三帶”利用氧氣濃度作為標(biāo)準(zhǔn)。不易自燃帶氧氣體積分?jǐn)?shù)大于18 % 的區(qū)域；氧化自燃帶為氧氣體積分?jǐn)?shù)為8% ～ 18 % 的區(qū)域；窒息帶為氧氣體積分?jǐn)?shù)小于8 %的區(qū)域。 </p><p>　?。?）進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)自燃“三帶”分布 </p><p>　　工作面回采過程中從測點(diǎn)開始進(jìn)入采空區(qū)

21、時(shí)觀測開始至測點(diǎn)埋入采空區(qū)后氧氣濃度降低至10%以下觀測結(jié)束，其進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)側(cè)采空區(qū)兩個(gè)測點(diǎn)氧氣體積分?jǐn)?shù)見表3。 </p><p>　　根據(jù)表3，氧氣體積分?jǐn)?shù)隨工作面推進(jìn)距離變化趨勢如圖4。 </p><p>　　通過表3分析知，隨著深入采空區(qū)距離加深進(jìn)風(fēng)側(cè)兩個(gè)測點(diǎn)的氧氣體積分?jǐn)?shù)下降速度加快，測點(diǎn)1當(dāng)埋入采空區(qū)達(dá)到26m后氧氣體積分?jǐn)?shù)降低至18%以下，埋入采空區(qū)71m后氧氣體積分?jǐn)?shù)降低至8%以

22、下。測點(diǎn)2滯后測點(diǎn)20m，但是隨著深入采空區(qū)距離加大，氧氣體積分?jǐn)?shù)同樣表現(xiàn)出一定規(guī)律下降。由此可知，根據(jù)氧氣濃度劃分三帶，采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)自燃“三帶”范圍是：不易自燃帶范圍為0m～26m；氧化帶范圍為26m～71m；窒息帶位于采空區(qū)71m以里。 </p><p>　　（2）回風(fēng)側(cè)采空區(qū)自燃“三帶”分布 </p><p>　　工作面回采過程中從測點(diǎn)開始進(jìn)入采空區(qū)時(shí)觀測開始至測點(diǎn)埋入采空區(qū)后氧氣濃

23、度降低至10%以下觀測結(jié)束，其回風(fēng)巷內(nèi)側(cè)采空區(qū)兩個(gè)測點(diǎn)氧氣體積分?jǐn)?shù)見表4。 </p><p>　　根據(jù)表4，氧氣體積分?jǐn)?shù)隨工作面推進(jìn)距離變化趨勢如圖5。 </p><p>　　由表4可知，隨著工作面推進(jìn)，回風(fēng)側(cè)兩測點(diǎn)氧氣濃度體積分?jǐn)?shù)逐漸下降，根據(jù)圖5，可知兩側(cè)點(diǎn)氧氣體積分?jǐn)?shù)基本呈線性下降，埋入采空區(qū)達(dá)到28m時(shí)3號(hào)測點(diǎn)氧氣濃度體積分?jǐn)?shù)降低至18%以下，4號(hào)測點(diǎn)滯后3號(hào)測點(diǎn)20m，其氧氣體積

24、分?jǐn)?shù)與3號(hào)測點(diǎn)基本一致。工作面繼續(xù)推進(jìn)測點(diǎn)進(jìn)入采空區(qū)達(dá)到84m后，氧氣濃度降至7.8768%，說明隨后測點(diǎn)進(jìn)入窒息帶。根據(jù)氧氣濃度判斷采空區(qū)回風(fēng)側(cè)自燃“三帶”范圍為：不易自燃帶范圍為0m～28m；氧化帶范圍為28m～74m；窒息帶處于采空區(qū)74m以里。 </p><p><b>　　4 結(jié)論 </b></p><p>　　1） 對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合回歸分析，并由氧濃度指

25、標(biāo)劃分進(jìn)回風(fēng)巷各測點(diǎn)的自燃危險(xiǎn)區(qū)域，并進(jìn)行進(jìn)回風(fēng)巷對比分析，可以得出回風(fēng)巷的氧化帶寬度比進(jìn)風(fēng)巷窄，比進(jìn)風(fēng)巷更早進(jìn)入氧化升溫帶的自燃現(xiàn)象。 </p><p>　　2） 通過實(shí)測，工作面漏入采空區(qū)又流出的風(fēng)量為65.02m3/min，占進(jìn)風(fēng)總量的4.52%，表明淺埋藏采空區(qū)易形成漏風(fēng)，為了煤自燃防治，需要對采空區(qū)漏風(fēng)進(jìn)行控制，降低采空區(qū)的漏風(fēng)量，抑制浮煤自燃發(fā)生發(fā)展進(jìn)程。 </p><p>　

26、　3） 確定了磁窯溝10-2煤層采空區(qū)自燃氧化“三帶”的分布特征。進(jìn)風(fēng)側(cè)自燃“三帶”范圍是：采空區(qū)0m～26m處于不易自燃帶范圍、26m～71m處于自燃帶范圍、71m以里進(jìn)入窒息帶范圍，采空區(qū)回風(fēng)側(cè)自燃“三帶”范圍為：0m～28m處于不易自燃帶范圍、28m～74m處于自燃帶范圍、74m以里進(jìn)入窒息帶范圍。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p&g

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