采煤工作面采空区自燃“三带”分布实测研究

2019-07-30闫宇

山东煤炭科技 2019年7期

闫宇

（山西西山煤电股份有限公司马兰矿，山西古交 030205）

1 引言

在工作面开采过程中不能准确掌握氧化带宽度，注氮步距过大或过小，注氮效果不明显，工作面推进度不合理，增加了采空区自然发火的概率。自燃的发生与采空区气体组分分布和温度的变化密切相关。因此，为有针对性地进行自然发火治理，必须对采空区自燃“三带”进行研究划分。本文采用氧浓度和温度的双重指标分析采空区自燃“三带”，力求“三带”划分更为准确合理。

2 工作面概况

山西汾西瑞泰井矿正珠煤业有限公司11502工作面位于井田西南部，属于一采区，东侧为11501工作面（正回采），西侧为15#煤层实煤区，南侧为井田技术边界，北侧为一采区回风下山。地表大部分为退耕还林的山地，少部分为山沟中的小块农田，在工作面切割巷附近有一芦苇沟，无村庄和地表水体。

11502工作面标高约为+912m～ +1008m，埋藏深度450m，上下煤层均为非可采煤层，采煤工作面回采走向长度为1452m，倾斜长160m，面积196400m2。煤层厚度5.6～5.9m，平均厚度5.6m。煤层倾角8～14°，平均11°。煤尘具有爆炸性，属于II类自燃煤层。与邻近工作面留设煤柱宽度为38m，工作面采用一次采全高的采煤方法，采用全部垮落法管理顶板。

3 采空区“三带”实测研究

3.1 采空区“三带”现场测试

2017年12月18日对11502采空区进行了测试束管和测温导线的铺设工作，采用进回风顺槽同时布置测点方式，每侧布置3个测点，具体铺设情况见图1所示。

图1 测点布置示意图

3.2 测试内容

井下实际观测的主要内容有氧气、氮气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔和温度等参数，具体的取样方法如下：

（1）根据工作面的具体推进速度，每班对束管采样和测定温度1次；

（2）在采样前，应先连接好抽气泵，然后将管内的气体预抽5min左右，再将取样球胆连接在抽气泵上进行取样，直到球胆被充满为止；

（3）用便携式气体分析仪测定气样中的氧气浓度，并与上几次采样的分析结果进行对比。如果气样浓度值有突变，特别是浓度有较大幅度的上升时，应及时分析并查找原因，以免因气路故障影响气样的真实性；

（4）各路气样采集完毕后，分别测定各路测点的温度，做好记录。温度测值同样要与前几次的测值进行比较，以便于及时发现故障；

（5）一次测试完成后，准确记录工作面的采位，并做好相应记录。

3.3 “三带”观测结果分析

2017年12月19日至2018年4月17日，对11502工作面采空区进行了“三带”温度及采空区气体实测。

根据采空区“三带”实测数据可以得出：

（1）采空区氧浓度分析。根据进风侧（图2）1、2、3三个测点氧浓度可以得到11502工作面采空区“三带”的范围应是从工作面后溜子向采空区的距离，分别为：散热带宽度0～29m；氧化带宽度29～78.5m；窒息带为大于78.5m。回风侧（图3）4、5、6三个测点氧浓度受上隅角抽采影响，“三带”总体分布规律仍与进风侧相同，但散热带、氧化带、窒息带宽度都相应增加，因此在计算工作面最小推进速度时根据4、5、6三个测点实测的氧浓度值，应选取1.2安全系数。“三带”分布如图4所示。

图2 进风侧各测点氧气浓度变化规律图

图3 回风侧各测点氧气浓度变化规律图

图4 采空区“三带”分布示意图

（2）温度变化规律分析。从温度曲线（图5和图6）可以看出，进风侧1号测点在埋入采空区29m处出现温度上升，最高温度达24℃，说明该点进入氧化带，当该点埋入采空区82.5m后温度开始下降，该点进入窒息带；2号测点在埋入采空区38.3m处（扣除1、2号测点18m间距，实际埋入采空区20.3m）出现温度上升，说明该点进入氧化带；3号测点在埋入采空区63.5m处（扣除1、3号测点36m，实际埋入采空区27.5m）出现温度上升，说明该点进入氧化带。回风侧4、5、6三个测点温度随着埋入采空区距离增加也都出现了升温过程，先后进入氧化带，总体趋势与进风侧相同。各点温度变化规律如图5和图6所示。