束管监测系统对采空区“三带”划分的研究与应用
2018-05-14张军弟
张军弟
摘 要：在煤矿的安全生产中，经常会发生煤层自燃现象，这严重影响了煤矿的安全生产和正常运转。本章介绍了利用束管监测系统划分采空区“三带”对合理调整采煤工作面回采推进度，合理确定束管埋管间距，防治煤炭自燃发火具有指导意义。
关键词：束管监测；氧化；“三带”划分
煤矿的采空区在具备一定的条件时，就会造成煤炭氧化自燃，严重的情况会造成井下火灾和瓦斯爆炸等事故的发生，给煤矿的财产和工作人员都带来很大的安全隐患。鉴于以上情况，加强采空区煤炭的低温氧化规律研究，特别是采煤工作面采空区煤的氧化规律的研究是十分必要的。
一、矿井概况
石嘴山一矿井田位于卓子山—贺兰山煤田，石嘴山向斜的东南翼，井田东北部由第Ⅰ勘探线外300m与二矿相邻，西南至第Ⅶ勘探线，浅部以九层煤露头为界，深部以二层煤+600m底板等高线为界，井田走向4.34km，倾斜宽1.19km，面积5.18km。
含煤地层为石炭—二迭纪，含可采及局部可采煤层9层，其中可采煤层6层，可采煤层总厚29.4m。煤层倾角16°～35°，浅部倾角较大，深部倾角较缓，为缓倾斜近距离煤层群。按照成煤时代及煤层间距，自然地分上下两个煤组。矿井六个开采煤层经各种鉴定得出结论：各个煤层都有自燃发火的可能性，而且发火期为3—9个月。二层煤最短发火期为60天，矿井各煤层煤尘也都经鉴定得出结论：都有爆炸的可能性。煤尘爆炸指数40.1%～53.33%。
4321综采工作面上部回顺位置位于+600水平，全长约1500m，下部运顺位置位于+532水平，全长约1511.5m。切眼位置下部位于35区+532水平二层煤下山下口以南673m，上部位于35區+600水平35区4#运输石门以南345m。预计停采线下部位于43区+532水平1#石门以南65m。上部位于43区+600水平4321回撤石门。
走向长1511.5米，倾斜长163米，面积246374.5m，煤层倾角170，煤层厚度2.99m，煤层自燃发火期为3—9个月，煤尘爆炸指数40.72%，瓦斯绝对涌出量0.6 m3/min，采用综采方式开采。
二、采空区气体成分变化规律测定
（一）测点的布置
工作面自然氧化“三带”现场实测方案采用沿回顺向采空区布点的测定方案，采空区每隔30米布置1个测点，共布置3个测点。
（二）分析测试
正常情况下每日早班测取一次数据，如有异常，则根据具体情况调整测试周期。通过束管系统直接抽取采空区气体送入色谱仪分析，同时记录每日工作面推进度，以便计算测点进入采空距离，测试分析的气体成分为：O2、CO、CH4、CO2以及C2H2、C2H4、C2H6。
三、采空区气体成分变化规律分析
（一）采空区O2浓度分析
采空区O2浓度实测结果如表1所示。
由于4321工作面开采范围内煤岩层中断层、裂隙、小褶曲发育。煤、岩层受挤压严重，煤、岩层破碎，顶板压力显现明显，煤帮易片帮、直接顶易脱层冒落。当工作面推进60米到80米的时候，由于采空区漏风较大，氧气浓度逐渐降低。继续推进到115米以后，氧气浓度都下降到12%，推进到距离测点130米以后，氧气浓度都下降到8%以下的窒息浓度而进入自燃惰化区域。
根据二采区具体的气体成分及参考国内外的划分依据，金能公司二采区采空区氧化“三带”及O2浓度为标准划分，其浓度值分别：不燃带：>18%；自燃带：8%～18%；窒息带：<8%。
根据采空区O2浓度的分析，工作面采空区“三带”的范围应是从工作面向采空区的距离：不燃带0～50，自燃带50～130m，窒息带>130m。
（二）采空区CO浓度实测分析
实测结果表明：CO的浓度分布，与采空区“三带”的测试结论一致。
（三）采空区其他气体实测分析
对比来看，采空区CO2浓度实测浓度的结论与CO实测分析的结论基本一致，在距工作面采空区50米到130米的范围内，煤炭氧化最剧烈，浓度也比较高。采空区C2H2、C2H4、C2H6浓度结果均为0。
（四）结论
根据采空区气体成分变化规律可知：1）工作面采空区自燃“三带”的范围：不燃带0～50，自燃带50～130m，窒息带>130m。2）各测点在距工作面50～130m处，气体出现波峰，说明在此范围内，有自热养护的发生。3）工作面月进度>130m不会发生自燃，因为最短发火期为89天。4）由于该工作面实施了采空区上隅角瓦斯抽放，采空区漏风大，对该工作面“三带”有一定影响。5）影响工作面自然发火的主要因素是推进速度及采空区漏风的大小。
参考文献：
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