新景煤矿15011工作面采空区高温点范围确定

马正恒

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆 400037；2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037)

新景煤矿15011工作面采空区高温点范围确定

马正恒1,2

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆 400037；2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037)

及时准确的判定工作面采空区高温点范围，对于矿井经济有效的采取有针对性的措施以及火灾、瓦斯爆炸等事故防治具有重要意义。新景煤矿15号煤层为II类自燃倾向煤层，工作面次级褶曲构造发育，回采过程中受构造等影响推进缓慢时，易发生煤层自燃。根据现场实际情况结合理论分析，确定了15011工作面高温区域范围，为矿井下一步采取措施提供了理论指导，并为相似条件下采空区高温点确定提供一定的借鉴。

15011工作面；高温点；推进度；自燃“三带”

综放采空区空间大、遗煤分布广、漏风复杂等特点导致自燃危险区域分布异常，使得综放采空区遗煤自燃的防治工作存在很大的盲目性，时常导致自燃事故的发生[1]。新景煤矿位于阳泉矿区大单斜构造西部，主采3、8、15号煤层，区内次级褶曲构造发育。2014年，经中煤科工集团重庆研究院有限公司鉴定，15号煤层为II类自燃煤层、最短自然发火期47天。矿井分+525m与+420m两个水平进行开采，目前所采15号煤层均位于+525m水平。随着15号煤层的持续开采，多个工作面在遇构造推进缓慢时出现CO超标，工作面不得不临时封闭。

科学准确的判定采空区高温点范围，对于经济、合理、有效的采取有针对性的防治措施具有重要意义[2]。2016年11月开始，15011综放工作面在回采工程中低位瓦斯抽放巷CO浓度持续升高，矿井采取了多种措施，但效果均不明显，本文根据现场实际情况结合理论分析对15011工作面采空区高温点范围进行分析确定。

1 构造情况

新景煤矿位于阳泉矿区大单斜构造西部，在大单斜面上次级褶曲构造发育，平面上多呈北北东—北东向展布，以波状起伏的褶曲为主，呈向背斜相间、斜列式、平列式组合。剖面上多以上部比较开阔平缓，下部比较紧闭的平列褶曲为主。矿井地质构造纲要图详见图1。

图1 矿井地质构造纲要图

15011工作面北部及中部为一倾向SE的单斜构造，煤层倾角4°～22°，南部为一轴向NE向斜构造，两翼煤层倾角2°～18°。工作面回风巷、低位抽放巷在掘进过程中分别揭露断层F1、F2，两断层落差均在2m以上，坑透资料显示，回采过程中预计揭露断层9条。工作面煤层及顶板节理比较发育。

2 工作面基本情况

15011工作面位于+525水平，地面标高927～1100m，工作面标高377～544m，埋藏深度为495～614m。工作面位于15号煤西采区南部，东为15109工作面(未采)，西为80113工作面(已采)，北为80110工作面(已采)。

工作面走向长1098m，倾向长220m，进回、风顺槽高度落差平均24m，切巷与停采线的落差为100m。煤层总厚5.53～7.60m，平均6.48m，煤层倾角2°～22°，平均10°。

2.1 工作面生产情况

工作面于2016年2月28日初采，截止2016年12月10日，进风推进527m，剩余采长571m；回风推进507.5m，剩余采长590.5m。工作面布置及生产情况见图2。

11月2日低位抽放巷出现CO时，进风顺槽共推进511.3m、回风顺槽共推进489.1m。其中2月28日至9月30日累计推进482m，平均日推进2.23m。10月份共推进28m，平均日推进度为0.9m。

从11月份开始，由于进、回风两巷高差27m，工作面煤层推进方向倾角在25°左右，55～73、114～129架煤层节理发育，顶板破碎严重，工作面推进缓慢。从11月2日至12月10日，进风顺槽共推进15.7m、平均日推进度0.413m；回风顺槽共推进19.3m、平均日推进度0.508m。

12月10日，对工作面进行封闭。

2.2 通风抽采情况

15011工作面通风系统为“U+I”型，进风巷进风，回风巷、低位抽放巷回风；正常回采期间进风风量为1212m3/min、回风巷风量1008m3/min、低位抽放巷风量214m3/min。

利用走向高抽巷进行瓦斯抽采，正常回采期间抽放负压4018Pa，浓度38%，混合量134.77m3/min，纯量51.21m3/min。

从2016年11月2日开始，低位抽放巷CO浓度持续升高，矿井多次对风量及抽放量进行调改。

图2 工作面布置及生产情况示意图

2016年12月21日走向高抽巷停止抽放。

3 CO气体浓度变化情况及采取的措施

3.1 气体情况

2016年11月2日低位抽放巷出现CO，浓度为0.0013%，至12月10日浓度上升到0.022%。高抽巷CO浓度一直在0.0024%以下，回风巷未发现有CO气体。低位抽放巷气体变化情况见图3、图4。

3.2 采取的措施

3.2.1 注防灭火材料

工作面进风落山喷洒高分子灭火材料共计17袋；工作面进风落山井下移动注氮329121m3；在距回采面30m，进风顺槽60m的位置施工地面钻孔注液氮，钻孔深度545.26m，截止12月24日注液氮164.78t；从进风隅角、回采面向采空区注普瑞特累共计240桶，钻孔孔深6～8m；从回采面向采空区注一七泡沫20桶，钻孔最深13m。

图3 15011低位抽放巷11月份CO变化情况

3.2.2 高抽巷抽放量调整

高抽混合量137.74m3/min → 114.45m3/min → 98.51m3/min → 65.26m3/min → 51.02m3/min → 12月20日工作面封闭，12月21日高抽巷抽放关闭。

图4 15011低位抽放巷12月份CO变化情况

3.2.3 风量调整

工作面风量调整情况见表1。

表1 15011工作面风量调整表 m3/min

3.2.4 工作面封闭

2016年11月30日起低位抽放巷闭墙，12月10日起进风、回风闭墙，三道闭墙均压2根直径800mm瓦斯管，瓦斯管未上挡板形成通风系统；12月20日三道闭墙同时上挡板封闭工作面。

4 高温点产生原因理论分析

4.1 工作面推进缓慢

15011工作面2016年10月共推进28m，平均日推进度为0.9m。

2016年11月，由于进、回风两巷高差27m，工作面煤层推进方向倾角在25°左右，55～73、114～129架煤层节理发育，顶板破碎严重，工作面推进及其缓慢。11月2日至12月10日，进风顺槽共推进15.7m、平均日推进度0.413m；回风顺槽共推进18.4m、平均日推进度0.484m。

15号煤最短自燃发火期47d，由于工作面推进缓慢，采空区遗煤处于氧化升温带时间过长，易发生煤体自燃[3]。

4.2 采空区自燃“三带”分析

根据阳泉矿区自燃“三带”划分经验，0～25m为散热带，25～70m为氧化升温带，70m以外为窒息带。工作面10月份共推进28m，11月份到工作面封闭共推进17m。工作面推进缓慢期间共推进43m，采空区遗煤长时间处于氧化升温带，易发生煤体自燃。

现工作面推进区域采空区自燃“三带”如图5所示。

4.3 注胶加固影响分析

工作面进、回风两巷高差27m，推进方向倾角在25°左右，62架到机尾煤层节理发育，顶板破碎严重。为减少顶板破碎煤体对回采的影响，提高推进度，采取注胶等主动支护，这增加了顶板垮落难度；同时，工作面采用全部垮落法处理采空区，冒落带和断裂带高度较大，易形成漏风通道，为采空区浮煤自燃提供了适量的氧气，增加了采空区浮煤自燃的危险性。

图5 采空区自燃“三带”分布图

5 高温点范围确定

(1)正常通风条件下，氧化升温带在25～70m。低位抽放巷出现CO时间为2016年11月2日，此时进风顺槽推进511.3m，回风顺槽推进489.1m。即高温点出现在进风顺槽推进度486.3m、回风顺槽推进度464.1m以内。

2016年12月10日工作面封闭时，进风顺槽推进527m、回风顺槽推进507.5m。即高温点在进风顺槽推进度457m、回风顺槽推进度437.5m以外。

(2)工作面推进期间高抽巷CO浓度均处在0.0024%以下，且只有低位抽放巷出现CO，回风未检测到CO，说明高温点在高抽巷到低位抽放巷之间。工作面冒顶之前回风顺槽未出现CO，说明高温点不在回风顺槽附近。

(3)进风侧井下移动注氮、注普瑞特防灭火材料对低位抽放巷CO没有明显影响；在距工作面30m、进风60m的地方施工地面钻孔注液氮，工作面封闭以前，地面注液氮对低位抽放巷CO没有明显影响，工作面封闭以后，地面注氮使得低位抽放巷CO大幅降低。说明高温点不在井下移动注氮、注普瑞特防灭火材料、地面注氮区域。

在采取注一七泡沫的区域，钻孔孔深13m的位置低位抽放巷CO浓度有一定程度的降低，说明高温点在工作面13m以内。

(4)工作面多次调减风量后，采空区自燃“三带”可能会向工作面方向前移[4-5]；11月份到工作面封闭推进极其缓慢，不排除高温点向工作面方向延伸的可能。

综上所述，判定高温点横向位于高抽巷与回风顺槽以里10m；纵向位于工作面13m以内，进风顺槽457m、回风顺槽437.5m以外的范围内。高温点范围见图6。

图6 高温点范围预测分布图

6 结束语

(1)新景煤矿采用综采放顶煤开采工艺，造成采空区遗煤多、漏风大，综放采空区成为自然发火的主要区域。

(2)盲目的采取防灭火措施既造成经济及时间成本浪费，又影响防灭火效果，在CO浓度超标的情况下，应首先以小成本的投入快速确定采空区高温点范围，然后采取相应措施。

(3)应建立健全工作面束管监测系统，加强人工检测，提高预测预报准确性。

(4)矿井应根据现场实际情况进行采空区自燃“三带”考察，科学合理的划分采空区自燃“三带”，为煤自燃防治工作的开展提供参考。

(5)回采过程中应及时封堵进回风落山，减少采空区漏风。提高地质构造预测预报准确性，加强放顶煤及顶板管理，提高推进速度，从根本上杜绝自燃事故的发生。

[1]曹凯.综放采空区遗煤自然发火规律及高效防治技术[D].徐州:中国矿业大学,2013.

[2]冯小平.采空区高温点位置确定的计算机模拟分析[J].淮南矿业学院学报,1995,15(1):36-41.

[3]冯静雨,陈永峰,边汝亮.阳泉矿区15#煤层自然发火的原因及规律[J].煤,2004,13(1):46-47.

[4]王伟,肖峻峰,卢平.特厚易自燃煤层综放工作面采空区氧化自燃带分布规律模拟研究[J].安徽建筑工业学院学报:自然科学版,2013,21(6):73-77.

[5]杨胜强,徐全,黄金，等.采空区自燃“三带”微循环理论及漏风流场数值模拟[J].中国矿业大学学报,2009,38(6):769-778.

(责任编辑：王子君)

Determinationof15011WorkingFaceGoafHighTemperaturePointRangeinXinjingCoalMine

MA Zhengheng1,2

(1.State Key Laboratory of Gas Disaster Monitoring and Emergency Technology,Chongqing 400037,China;2.Chongqing Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group,Chongqing 400037,China)

Timely and accurate determination of the high spot range of the goaf on the working face is of great significance for adoption of the specific measures by the mine on the economic and effective basis and prevention and control of fire,gas explosion and other accidents.No.15 coal seam of Xinjing Coal Mine is a type II coal seam with tendency of coal spontaneous combustion,the working face develops a secondary folding structure,and the coal seam is prone to spontaneous combustion when the mining course is slowed down due to influence of structure.Based on the actual situation and in combination with the theoretical analysis,the paper determines the high temperature range of 15011 working face,provides theoretical guidance for the further measures to be taken by the mine,and furnishes some reference for the determination of high spots in the goaf under similar conditions.Keywords15011 working face;high temperature point;advancing rate;spontaneous combustion of “Three Zones”

2017-04-19

国家油气重大专项资助项目(2016ZX05043005-001);国家自然科学基金资助项目(51304237)

马正恒(1984—)，男，硕士研究生，助理研究员，研究方向：瓦斯灾害防治、瓦斯地质。

1003-1251(2017)04-0091-06

TD752.2

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