采面采空区漏风对遗煤自燃影响的分析

2020-01-04吴玉才

山西能源学院学报 2020年6期

吴玉才

【摘要】文章针对采空区漏风引发遗煤自燃进而造成矿井火灾的问题，采用理论分析和现场实测的方法，研究了莒山煤矿ZF150301工作面采空区自燃“三带”分布情况，以及漏风量变化对CO含量变化的影响，间接得出了采空区漏风对遗煤自燃倾向的影响变化。研究结果表明：1.U型通风方式下，采空区漏风的主要来源在下隅角附近，具体是从进风巷向工作面方向0～23m左右;2.进一步加强对工作面上、下隅角的堵漏管理，有助于减少漏风。为进一步加强通风管理，科学防治采空区遗煤自燃提供依据。

【关键词】采空区;矿井通风;漏风;煤自燃;自燃“三带”

1引言

采空区遗煤自燃，对煤矿井下人员生命及生产安全有着严重威胁。而采空区漏风是造成遗煤自燃的主要原因。目前针对采空区漏风形成的遗煤自燃问题，国内外诸多学者做了大量研究，秦汝祥等用SF6示踪气体在工作面下隅角处进行释放，回风巷处收集，测定了Y型通风系统的漏风情况，得到漏风汇的位置及漏风风速分布范围;储方健等研究了矿井存在两个漏风源的情况，在两个漏风源处分别释放CF2ClBr、SF6两种示踪指标气体，最终得到漏风通道及漏风量范围;杨勇等根据矿井漏风类型的不同，选择不同的测漏风的气体，设置相应的释放点和取样点，最终成功地分析出矿井漏风的一些规律，能更好地采取一些防漏风措施，保障了安全生产;李韫化对U型通风系统采空区煤自燃情况及漏风流场进行研究，结果表明采空区中的漏风包括上隅角影响区、下隅角煤柱边缘漏风区、架后重点漏风影响区三个特征区域，就自燃危险性而言，上隅角漏风最严重。但均未能利用科学仪器通过直接测定煤炭自燃产出气体的浓度来预判遗煤自燃倾向性，而本文采用埋管定位直接测定O2、CO浓度的方法，较为直观地反映采空区遗煤自燃倾向性弥补了上述不足。本文以莒山煤矿ZF150301工作面为研究对象，通过先行测定自燃“三带”分布，再通过实验探究得出采空区漏风对遗煤自燃的影响。

2采空区遗煤自燃“三带”的划定

2.1测定原理

根据现有理论，采空区自燃“三带”的区分主要以判定遗煤是否发生自燃或自燃可能性为主，判定指标主要有O2、CO的浓度。以上两气体浓度的测定方法依靠采空区束管进行，通过预先埋设在采空区的埋管，可实现随时抽样采集，然后通过色谱仪实验室分析，确定具体点位两气体浓度。为保证实测数据准确度，在进、回风巷各埋设1路束管，每隔约30m布置一个测点（若采样点氧气浓度≥5%且一氧化碳浓度有上升趋势，则根据实际情况，加大两取样点密度），上下顺槽同时观测，束管测点布置如图1所示。

沿工作面倾斜方向，布置采样点5个，回风侧起依次编号为1#～5#，随着工作面推进，持续测定采空区相应点位的O2、CO气体浓度，为判定“三带”获取基础数据，见表1、表2。

根据表1，进风巷一侧的O2浓度均大于回风巷侧，沿工作面向采空区方向，氧气浓度逐渐衰减，且回风巷侧衰减速度更快，可知回风巷侧的沿空留巷及相邻采空区对工作面采空区O2浓度有增大影响。

根据表2，沿风流方向的各测点CO最大值的出现速度放缓，且最大值呈减小趋势，说明沿空留巷和相邻采空区对遗煤自燃程度存在影响。

2.2“三带”划定

根据表1、表2中O2、CO两种气体浓度变化，O2浓度降低的同时CO浓度上升，说明该区域进入氧化带的可能性大，依次为判定依据，150301工作面采空区自燃“三带”数值区域见表3。

当前，自燃“三带”的划定，国内外学者没有统一的标准，主要原因是影响遗煤自燃的因素千差万别，且不同煤矿的遗煤堆放环境大有不同，漏风因素、遗煤厚度、湿度等条件相差较大，无法形成统一标准。根据多数实践经验，“三带”划定主要参考O2、CO两种气体浓度变化。CO气体浓度迅速增大，O2浓度急速降低时，表明氧化反应增强，该区域属于可能自燃带;反之，则表明氧化反应减弱，该区域属于窒息带。依次为判定依据，根据表3，划定自燃“三带”示意如图2。

3采空区漏风对遗煤自燃的影响

3.1漏风原因分析

矿井采空区漏风会对自燃“三带”划分成果下的科学管理造成较大影响，会造成采空区风流紊乱、风压分布不均等情况，进而造成遗煤自燃。

相邻矿井形成漏风通道。矿井间漏风大多原因是因为管理上的不规范，造成相邻矿井形成风流通道，对通风系统造成损害，进而引起采空区遗煤自燃。

地表裂隙形成漏风。此种情况是最为常见的外部漏风原因，主要发生在煤层赋存较浅地区，氧气由裂隙进入负压较低的采空区，引起自燃。

通风构筑物损坏造成漏风。井下风门、隔离墙等构筑物在一定程度上阻止了风流向采空区移动，一旦破坏，便会形成漏风通道，导致漏风。

煤柱裂隙引发漏风。煤柱在两侧采动影响下，造成压裂、裂隙发育，发育的裂隙形成了漏风通道，尤其在相邻采空区形成的漏风通道，更加危险。

底板巷与采空区间岩层松动引发漏风。在局部高应力的作用下，采空区下方的底板巷道容易形成裂隙发育，进而形成漏风通道，造成遗煤自燃。

3.2漏风量与CO浓度关系分析

为进一步研究莒山煤矿采空区漏风对遗煤自燃的影响，在测点不变的情况下，控制现场风量变化，间接控制漏风量，同步监测各测点CO浓度变化数据，得出漏风量与CO浓度间的关系曲线，如图3所示。

由图3可知，工作面采空区CO浓度随着漏风量变化呈现出先增后减趋势。当漏风量处在较低水平（小于40m3·min-1）时，采空区CO浓度紧随漏风量增加而增大，此时，漏风为遗煤自燃提供了更加充足的氧气，加速了自燃进程。但是，当漏风量增大到一定程度（大于40m3·min-1）时，CO浓度却逐渐呈现降低趋势，说明漏出的风量足够对CO起到稀释作用，反而引起浓度降低;或是因遗煤自然发火期较长，漏风风流暂时未能造成遗煤自燃。因此，为了减少CO产出，有效预防采空区遗煤自燃，必须因矿制宜地根据实际情况，采用针对性措施，严格控制井下采空區漏风范围。

4结论

经过理论分析与现场实测，对莒山煤矿150301工作面漏风情况作了详细分析，对采空区遗煤自燃“三带”进行了划定。

U型通风方式下，采空区漏风的主要来源在下隅角附近，具体是在进风巷向工作面方向0～23m左右。

进一步加强对工作面上、下隅角的堵漏管理，有助于减少漏风，对做好遗煤自燃防控有重要意义。

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