综放面采空区遗煤自燃“三带”范围的预测

2010-07-04郭鑫禾武江河

河北工程大学学报(自然科学版) 2010年3期

陈立,郭鑫禾,武江河

(河北工程大学资源学院,河北邯郸056038)

综采放顶煤工艺的广泛应用,在提高煤矿经济效益的同时,也加剧了采空区遗煤的自燃,严重影响了矿井的安全生产[1-3]。而且不同的矿区和煤层,其预测指标和“三带”划分依据也并不相同[4-5]。孙勇[6]以采空区温度和O2浓度为依据,利用数值模拟方法确定了采空区自燃“三带”范围;魏引尚[7-8]以CO作为自燃“三带”预测指标和划分依据来分析确定自燃“三带”位置;尚秀廷[9]以采空区风速、O2浓度为依据,对轻放面采空区自燃“三带”进行划分,并确定了轻放面采空区的危险区域。针对小屯矿煤炭自燃的诸多影响条件及其复杂性,在煤样氧化热解实验的基础上,采用气体采样系统,对采空区的气体成分进行了分析,以C2H2作为指标预测该矿自燃“三带”范围,为该矿区遗煤自燃“三带”的划分提供参考依据。

1 实验概况

1.1 氧化热解实验

在小屯矿14252工作面采集新鲜煤样9个,现场封装;为了保证煤样的充分氧化热解,将煤样制成2～10mm的颗粒,装入氧化热解装置的煤样加热管,进行氧化热解实验。

1.2 自燃“三带”测定实验

1.2.1 采样系统的制作

采样系统由采样器、输气管和抽气泵组成。气体采样器用直径150mm,壁厚5mm,长500mm的钢管焊接而成,如图1所示。管壁上打10mm孔60个,管壁内焊接衬垫16目不锈钢金属丝网,采样器一侧焊接有铝塑管接头。滤芯和外筒为滤尘器,其技术要求如下:

(1)滤尘器外筒用直径168mm的钢管制作,进气眼直径5mm,数量不少于50个;

(2)滤芯直径100mm,滤芯骨架上包裹两层直径120mm不锈钢筛网;

(3)接头处管头带丝扣,要求能与6mm铝塑管的管件螺纹联结。

采空区抽样气体输气管采用高强度铝塑管,直径18mm;内外壁为高强度塑料,中间夹层为铝合金;抽气泵是整个气体采集系统的动力装置,试验选用了2X-8型旋片真空泵。

1.2.2 测点的布置

为了检测采空区氧化热解气体成分变化情况,按照采样测点设置的总要求和原则[10],在工作面上、下端头和工作面采空区分别布置测点,每个测点均埋设气体采样器。

1号测点分别在工作面上端头敷设,2、3、4、5、6号测点采用沿工作面倾向均匀敷设的方法,在轻放支架底放溜槽后部采空区布设,7号测点在工作面下端头敷设(图2)。

2 测定结果与分析

2.1 氧化热解实验

通过实验得到14252工作面煤样氧化热解产生的CO、C2H2两种气体随温度的变化情况(图3)。当煤温升至80℃～120℃后,解析出以C2H2为主的烯烃类气体产物,而矿井空气中一般不含C2H2。因此,C2H2可作为小屯矿14252工作面遗煤自燃的主要预测指标,只要在井下空气中检测到C2H2气体,即可说明已有煤炭自燃。CO在100℃～120℃段曲线单调递减,从120℃又开始增加,其随温度变化不定,可作为辅助判断指标。

2.2 自燃“三带”测定实验

利用自制的气体采样系统,得到小屯矿14252综放面采空区的气体成分变化的数据,如图4所示。

由图4可以看出除4#和6#测点在距工作面为40m时才发现C2H2气体外,其余测点均在距工作面为30～127m范围内出现。由此可知:(1)在仰斜开采条件下,小屯矿14254综放面采空区的自燃带为距工作面30～127m的范围,自燃带的宽度为97m;(2)在距工作面小于30m的范围内,未发现C2H2气体,说明这个范围内漏风、散热条件较好,煤的氧化作用不强,耗氧量低,为散热带;(3)在距工作面大于127m的范围内,也未出现C2H2气体,进入窒息带。

此外对CO、CO2、CH4的实测结果分析表明,在距工作面40～110m之间,其浓度急剧增加,尤其在62～89m范围内,煤炭氧化比较剧烈,各测点出现波峰。