热电偶技术在东欢坨矿采空区温度变化研究中的应用①

顾 亮 史 磊 张显峰 马丛林 田景武

(1.开滦东欢坨矿业分公司,河北唐山 064002; 2.唐山职业技术学院,河北唐山 063004)

热电偶技术在东欢坨矿采空区温度变化研究中的应用①

顾 亮1②史 磊2张显峰1马丛林1田景武1

(1.开滦东欢坨矿业分公司,河北唐山 064002; 2.唐山职业技术学院,河北唐山 063004)

为了对东欢坨矿8煤层采空区煤炭自然氧化情况及时准确做出分析判断,保证工作面的安全生产,在2087工作面采空区及停采线运用热电偶技术进行温度观测,得到了工作面后方采空区及停采线附件温度变化规律,对工作面后方的采空区三带进行了划分,为该煤层的安全生产奠定了基础。

热电偶;采空区;自然发火;停采线;温度

作为东欢坨井田主要可采煤层的8煤层为自燃煤层。为了有效减少与控制煤层自燃火灾的发生,利用热电偶技术对2087工作面采空区进行温度变化的观测,得到了采空区温度变化规律,为该矿采空区预防自然发火,合理安排安全生产提供了技术支持。

1 工作面测温布置

工作面测温可以采用热电偶或其它温度传感器[1],本次测量采用热电偶。2087工作面长度70米。为保证测定结果的准确性,热电偶测定间距不宜太大[2][3]。根据2087工作面条件,确定布置5个测点观测采空区的温度变化规律,在工作面上、下端头各布置一个测点,其余三个测点布置在工作面中部。

图1 工作面测温示意图

按照上述布置方案,1号热电偶布置在工作面下端头,2、3、4三根热电偶布置在工作面中部, 5号热电偶布置在工作面上端头,各热电偶间距15m左右。各热电偶导线向工作面顺槽甩入长度约130m。

2 2087工作面采空区温度变化观测

2.1 工作面采空区温度变化观测

在工作面推进过程中,将标定好的5根热电偶及导线连同保护管埋入工作面后方的采空区中,测量热电偶冷热端因温度变化而产生的毫伏电压,根据实验室的标定结果计算出随着工作面推进,采空区中的温度变化。观测从7月27日开始,8月20日结束。观测长度110多米。观测期间2号测点在工作面推进30多米后损坏,其余各测点的温度变化见图2。

图2 随着工作面不断推进采空区温度的变化

2.2 停采线附近温度变化观测

停采线是采空区易发火地点之一,为了了解2087工作面停采线处的温度变化规律,在该工作面停采线处布置了6个热电偶,热电偶埋入停采线处的浮煤中,1、6两个热电偶布置在上下端头,其余4个布置在工作面中部,热电偶之间的间距13m左右。从2008年11月27日开始对2087工作面停采线附近采空区的温度变化规律进行观测,一直观测到2009年1月12日。观测过程中工作面上部4、5两个测点的热电偶损坏,其余测点所得观测数据如图3所示。

图3 2087工作面停采线温度变化

3 工作面采空区温度变化分析

对2087工作面热电偶的观测数据分析如下：

2087工作面进风巷布设的热电偶观测的温度变化规律为：1号热电偶温度变化非常小,基本保持在20℃左右。在工作面推进到18m左右,1热电偶出现波动,观测期间,1号热电偶的温度最高达到22.39℃。

2087工作面回风巷布设的三个热电偶观测的温度变化规律为：冷却带宽度不明显,工作面中部的3号热电偶温度最高,观测过程中3号热电偶的最高温度达到了41.39℃,工作面推进到110左右时,测点温度趋于稳定。4号热电偶温度变化比3号热电偶小,其最高温度为31.11℃,工作面推进到20～60m期间,该测点周围采空区温度基本保持稳定,随后温度略有上升并趋于稳定。5号热电偶观测期间温度最高达到33.35℃,在工作面推进30m后,该测线损坏。

根据以前的研究结果,东欢坨矿煤层出现CO的临界温度为50℃,2087工作面开采过程中虽然出现了局部的高温点,但是温度没有达到出现CO的临界温度,因此,工作面开采过程中没有出现CO。

根据采空区温度变化,可以得出以下结论：

1)2087工作面后方冷却带范围不明显,工作面推过后,采空区温度随即上升,原因在于8煤层顶板是中厚层状的粉砂岩或粘土岩,其中粉砂岩为泥～钙质胶结,胶结物高达30%～40%,工作面开采过程中顶板垮落及时,易于充满采空区。

2)在工作面后方100m处3、4两个测点温度趋于稳定,认为氧化带宽度大约90～100m左右。

4 停采线附近温度变化分析

分析停采线附近采空区内测点的温度变化规律,有如下特点：

1)采空区封闭之后,由于停采线附近存在有大量的浮煤,采空区内的温度在各点均有不同程度的上升,但是各曲线的变化幅度有较大的差别, 6号点的温度一直比较稳定,变化较小,温度保持在22℃～24℃之间。

2)1、2、3三个测点温度变化较大,其中尤以1号测点温度变化最为突出。观测期间,1号测点的温度在25℃～28℃之间,而且温度没有明显的下降趋势。2、3号测点在前25天的时间内温度变化差异较大,但在25天之后两个测点温度变化趋于一致。

分析4个测点的温度变化,可以得出以下结论：停采线附近采空区内的温度基本规律是先上升,然后下降,最后趋于稳定的变化规律。根据本次观测结果,可以认为50天后停采线附近温度保持稳定,然后呈下降趋势。结合在其它矿进行的测试,停采线附近的温度稳定大概需要90～100天左右的时间。

5 结论

根据整个观测期间采空区的温度变化,结合2087工作面的具体开采条件,可以得出以下结论：

1)2087工作面后方氧化带宽度大约90～100m左右。

2)停采线附近采空区内的温度基本规律是先上升,然后下降,最后趋于稳定的变化规律,90～100天后停采线附近温度保持稳定。

3)为保证工作面的开采安全,应加快工作面的推进速度。2087工作面回采期间平均月推进速度达到200m左右,有效的避免了采空区的发火。

[1] 蒋曙光,张人伟,陈开岩.监测温度和气体确定采空区自燃“三带”的研究[J].中国矿业大学学报,1998(1)

[2] 张国枢,戴广龙.煤炭自燃理论与防治实践[M].北京：煤炭工业出版社,2002

[3] 袁树杰.用火灾指标及热电偶测温法分析采空区煤炭自燃[J].煤矿安全,2001(5)

Application of Thermocouple Technolohy in Study of Temperature Variation in Gob Area of Donghuantuo CoalM ine

GU L iang1,SHI Lei2,ZHANG X ianfeng1,MA Conglin1,TIAN Jingwu1

(1.Donghuantuo CoalminingBranch,Kailuan Group Crop.Ltd.Tangshan Hebei 064002; 2.Tangshang Vocation and Technical College,Tangshan Hebei 063004)

The NO.8 coal seam ofDonghuantuo coalmine belongs to spontaneous combustion coal seam.In order to strengthen fireproofingmanagement and understand the natural oxidation rule of the gob area,the ther mocouple technology was used to observe the change of temperature of 2087 working face.The basic rule of temperature in gob area was studied.The width of three zones of spontaneous combustion was divided.The results can be used to guide the production.

ther mocouple;gob area;spontaneous combustion;ter minalmining line;temperature

TD75+2.1

A

1672-7169(2010)04-0023-02

2010-09-23

顾亮(1981-),男,河北唐山人,开滦东欢坨矿业分公司通风区区长,助理工程师。