高地温、高湿度条件下煤层自然发火规律研究

2017-09-27王龙

山东工业技术 2017年19期

摘要：为了掌握新安煤矿高地温、高湿度煤层自然发火规律，对新安煤矿3402工作面煤自燃特性基础参数及自然发火指标气体进行了研究，确定了CO作为煤自燃早期预测预报的指标气体。采用束管监测系统现场对3402综放面进行煤自燃“三带”测试，得到了煤自燃“三带”范围。

关键词：采空区；指标气体；自燃“三带”；氧浓度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.065

0 引言

新安煤矿3煤层为主采煤层，开采深度距地表较深，具有高地温、高湿度的特点，热量容易聚集；同时，3煤层大部分工作面采空区综采放顶煤开采技术，导致采空区遗煤量较大，冒落高度大，漏风严重，导致采空区发生煤自燃发火的危险性较大。在该煤层前几个面的开采过程中，多次出现由于采空区浮煤氧化导致回风隅角CO超限。由于3煤层缺乏对煤自然发火基础参数的研究，防灭火工作缺乏设计依据，因此，研究3煤层自然发火规律，不仅可以为煤矿现场采空区遗煤自燃的治理提供指导理论，对煤矿现场的防灭火也具有重要的现实意义[1-3]。

1 煤层自然发火指标气体实验研究

在矿井的生产中，需对煤自燃进行监测预报，而最直接有效的方法就是对煤自燃的指标气体进行检测分析，所谓指标气体，就是在煤氧化自燃的过程中产生的气体产物，通过检测气体产物的浓度可以预测煤自燃所处的阶段，从而采取有效的措施及时的预防煤自燃，避免事故发生。

（1）实验过程。实验选取新安煤矿3402工作面的煤作为实验材料，井下密封并运送到实验室。实验时，破碎煤块，筛选出粒径处于0.18～0.38mm的煤样，用电子天平称取煤样50g并装入煤样罐中，以50ml/min的速度通入空气，此时保持装置恒温，待炉温达到30℃以后启动温度控制系统，以0.8℃/min的速度升温。

（2）实验结果分析。根据实验数据绘出煤氧化产物随温度升高的浓度变化曲线，如图1、图2所示。

根据图1、2所示结果，实验发现CO气体在煤自燃氧化的过程中是比较敏感的气体，存在于煤自燃发火的整个阶段，而且浓度增加呈现一定的规律性，近似为指数增加，且CO气体在煤层中的吸附量很小，因此应该选择CO作为煤自燃发火的标志性气体。

2 3402综放采空区“三带”现场实测

（1）測试系统布置及方案。采用束管监测系统对采空区气体进行采样分析，之后将采集到的气样送入气相色谱仪进行分析，得出采空区内各个气体的浓度及其变化规律，通过氧气浓度来划分采空区自燃氧化带的分布范围，从而计算并确定工作面回采速度，并制定合理的防灭火技术措施。

（2）测试结果分析。从2016年6月1号，开始对3402综放面进行煤自燃“三带”的观测，以氧气浓度5%～15%作为氧化自燃带的划分依据，得出各测点划分的煤自燃“三带”范围如表1。

（3）安全推进速度的确定。由2.3可知采空区最大氧化自燃带宽度为，最短发火期为，可以计算出注氮条件下工作面最小推进速度：

式中：vmin—注氮条件下工作面最小推进速度，m/d；

Lm—注氮条件下采空区氧化自燃带最大宽度，m；

τ —煤层的最短自然发火期，d。

由以上计算可得工作面最小推进速度为2.36m/d，说明工作面推进大于2.36m/d，可以确保工作面安全生产，采空区遗煤不发生自燃。

3 结论

（1）对新安煤矿3煤层的指标气体进行选择，对煤在不同温度下气体产物进行检测分析，最后得出最适合作为煤自燃发火的标志性气体。