新柳煤矿231115综放工作面采空区“三带”的测定
2013-11-06王康明何启林蔡翼骏
王康明,何启林,蔡翼骏
(安徽理工大学能源与安全学院,安徽 淮南232001)
煤炭自燃是矿井重要灾害之一。当采空区浮煤具备良好的漏风供氧和蓄热条件时,会造成采空区浮煤自燃,危及工作面的正常回采,烧损设备、冻结大量的煤炭资源,甚至会导致井下火灾和瓦斯爆炸等事故的发生,造成大量人员与财产的损失,给矿井安全生产带来隐患〔1-4〕。新柳煤矿自建成投产以来,一通三防中防灭火工作的压力一直很大。煤炭自然发火期较短,投产以来有记载的自然发火事故7次,其中多次造成停产封面,打乱了生产布局,安全生产十分被动,到目前仍残存老火区多处。另外,矿井煤炭资源临近枯竭,采场日益狭窄,而且由于采场接续紧张,许多工作面被迫在火区周围布置,受到火患的严重威胁。新柳煤矿周边小煤窑越界开采、私挖乱采情况严重,给矿井通防工作造成很大影响。因此,研究回采工作面采空区遗煤氧化情况十分必要。
1 矿井概况
新柳煤矿位于山西省中部孝义市境内,距孝义市25 km,井田面积1111.663km2,其井田范围北部和西部以兑九峪河床及煤层露头线为自然边界,东北与水峪井田相接,东部与宜兴井田、河溪沟井田相连,南部为双池普查区。
新柳煤矿开采煤层为太原组下组煤11煤层,11煤是合并层,煤层产状走向西北,倾向东南。煤层平均厚度为6.4m,煤层倾角0°~8°,平均倾角4°,有自然发火倾向性。煤层均具有爆炸性,11-1煤尘爆炸指数为23.34%,11-2煤尘爆炸指数为22.58%。矿井采掘水平为+880m。231115工作面为综采放顶煤作业方式,自然垮落法管理顶板,采空区遗煤量较大,防火工作难度较高。
2 231115工作面采空区“三带”的测定
2.1 测点布置
在231115工作面进风巷、回风巷分别布置3个观测点,束管与热电偶导线绑在一起,故测温点和测气点在一起,进风巷测点编号1#、2#、3#测点,1#测点位于工作面下隅角处,2#、3#测点分别设在距1#测点向外48m和96m处。回风巷测点编号4#、5#、6#测点,4#测点位于工作面上隅角处,5#、6#测点分别设在距4#测点向外48m、96m处,具体布置如图1所示。
图1 工作面“三带”测点布置示意
2.2 231115工作面温度及气体成分测定结果
从2011年12月11日~2012年1月16日对231115工作面进、回风巷进行测温及测气工作,测定结果见图2~图5,由于测点导线损坏的原因,进风巷只有两组测温数据。
图2 进风巷温度测点的测定结果
图3 进风巷测点氧的测定结果
图4 回风巷温度测点的测定结果
图5 回风巷测点氧的测定结果
2.3 测试结果分析
(1)在231115综放工作面的进、回风巷埋设的测试系统,基本达到测试目的,所得数据真实可靠;所取的气样准确可靠,化验结果也较为准确合理。
(2)受现场条件所限,测点只能沿进、回风巷的巷帮布置,往往高温点在采空区中间偏回风巷的位置。外加测温设备的误差,所测的温度结果有些偏小。但根据所测温度的变化趋势,可以得出采空区“三带”大致分布情况。通过图2和图4测温探头所测数据可以看出,所测温度数据具有波动性,但总体变化具有趋势性。当测温探头进入采空区大于35m时,温度上升速率较快,温度变化较大。当测温探头进入采空区85m左右时,温度开始下降,说明测温探头已进入窒息带。
(3)通过图3和图5氧气浓度的变化情况,分析采空区内的氧化“三带”分布原则,当束管进入采空区35m左右时,采空区氧气浓度下降到18%以下,且下降趋势较快,可推算采空区散热带为小于30m的范围,在测点进入采空区85m左右时,采空区氧气浓度降到了10%以下,可以推算窒息带大致为大于95m的范围,氧化升温带为30~95m的范围。具体分布情况见表1和图6。
表1 工作面采空区“三带”范围
图6 采空区“三带”分布示意
3 结语
1)回风巷进行束管和补偿导线的埋设,测定了231115工作面采空区遗煤氧化过程中温度和氧气浓度的变化,掌握了采空区遗煤氧化“三带”随回采推进过程的动态变化规律。
2)经理论分析和计算知,根据新柳矿11煤测出的氧化放热量值,并取回采率为85%,工作面风量为Q=1150 m3/min,工作面推进速度4.0m/d的情况下,可求出采空区遗煤的实际最短发火期为3.1月左右。由此可见,新柳矿在这样的开采条件下,采空区内遗煤发火的可能性较小。
3)通过本次的研究,得出了新柳煤矿231115工作面采空区遗煤自燃情况,为工作面的最低安全回采速度提供了可靠依据。
〔1〕何启林,郑旺来.徐庄煤矿综放采空区“三带”宽度的确定〔J〕.煤矿安全,2001,(2):6-7.
〔2〕何启林.综放工作面采空遗煤自然发火过程动态数值模拟〔J〕.中国矿业大学学报,2003,(1):3-6.
〔3〕马汉鹏,王德明,何启林.注氮对综放面采空区内氧的浓度和“三带”宽度的影响 〔J〕.煤矿开采,2006,(1):11-13.
〔4〕张辛亥,徐精彩,杜 鹃,等.煤低温氧化动力学参数与粒度关系实验研究〔J〕.安徽理工大学学报.2005,25(2):9-12.