全創(chuàng)煤礦煤自燃火源位置的判定

梁新星

（山西潞安礦業(yè)集團(tuán)有限公司王莊煤礦，山西長治 046000）

全創(chuàng)煤礦煤自燃火源位置的判定

梁新星

（山西潞安礦業(yè)集團(tuán)有限公司王莊煤礦，山西長治 046000）

通過對(duì)全創(chuàng)煤礦原火區(qū)觀測(cè)孔氣體和溫度的檢測(cè)，研究得出：原火區(qū)沒有復(fù)燃的可能性。為了查明原火區(qū)與目前井下CO泄露點(diǎn)是否存在漏風(fēng)通道，采用釋放SF6示蹤氣體測(cè)定漏風(fēng)技術(shù)，確定了原火區(qū)與目前井下3個(gè)CO異常涌出點(diǎn)之間沒有漏風(fēng)通道。綜合原火區(qū)預(yù)留觀測(cè)孔孔底氣體和溫度信息、SF6示蹤氣體檢測(cè)漏風(fēng)通道實(shí)驗(yàn)、探測(cè)鉆孔的孔底氣體和溫度信息，最后判定火源位于故縣全創(chuàng)煤礦兩條巷道內(nèi)。

原火區(qū)；煤自燃；火源位置；SF6示蹤氣體

2009年8月20日全創(chuàng)煤礦43采區(qū)井下皮帶巷閉墻處、風(fēng)流中出現(xiàn)CO濃度增高，出現(xiàn)異常，對(duì)礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅，特別是對(duì)礦井煤層自然發(fā)火產(chǎn)生重要的影響[1-2]。通過對(duì)原火區(qū)預(yù)留觀測(cè)孔孔底氣體和溫度信息[3-4]、SF6示蹤氣體檢測(cè)漏風(fēng)通道實(shí)驗(yàn)[5-7]、探測(cè)鉆孔的孔底氣體和溫度信息的分析對(duì)比[8]，為下一步制定滅火方案提供了非常有力的科學(xué)依據(jù)[9-11]。

1 原火區(qū)概況

2009年8月20日王莊礦43采區(qū)井下曾出現(xiàn)多處CO涌出點(diǎn)，43采區(qū)井下皮帶巷閉墻處CO濃度高達(dá)1 200～1 300mg/L、風(fēng)流中CO濃度達(dá)到100mg/L。經(jīng)巡回排查和探測(cè)，CO來源于井田內(nèi)故縣全創(chuàng)煤礦采空區(qū)遺留的不合格炸藥自燃，后通過實(shí)施“地面打鉆注漿”總體滅火方案，2009年10月11日井下火災(zāi)氣體全部消失，2009年11月8日滅火工程竣工驗(yàn)收。

2 原火區(qū)觀測(cè)孔氣體和溫度檢測(cè)

為了探明是否為原火區(qū)復(fù)燃，9月23日打開原火區(qū)滅火時(shí)預(yù)留的A13地面觀測(cè)孔，并進(jìn)行了測(cè)溫測(cè)氣，鉆孔往里進(jìn)風(fēng)，孔底氣體如表1所示，孔底溫度為13℃，說明原火區(qū)沒有復(fù)燃。

3 SF6示蹤氣體試驗(yàn)

目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用SF6示蹤劑來研究氣體流動(dòng)的蹤跡及其規(guī)律，通過瞬時(shí)釋放和連續(xù)穩(wěn)定定量釋放SF6，可以檢測(cè)漏風(fēng)的通道、方向、風(fēng)速、風(fēng)量等。為了查明原火區(qū)與目前井下CO泄露點(diǎn)是否存在漏風(fēng)通道，實(shí)施了釋放SF6示蹤氣體測(cè)定漏風(fēng)技術(shù)。

3.1 SF6的性質(zhì)

SF6是一種無色、無嗅的，具有惰性的非燃燒性氣體。它的物理活性大，在擾動(dòng)的空氣中可以迅速混合而均勻地分布在檢測(cè)空間中。這種氣體不溶于水，無沉降，不凝結(jié)，不為井下物料表面所吸附，不與堿起作用，是一種良好的負(fù)電性氣體。SF6的檢出靈敏度高，使用帶電子捕獲器的氣相色譜儀或SF6檢測(cè)儀均可有效的檢出（檢測(cè)精度可達(dá)8×10-12）。SF6在大氣與礦井環(huán)境中的本原含量低，約為10-14～10-15g/mL。SF6的這些性質(zhì)，使得人們可以方便、準(zhǔn)確的應(yīng)用它進(jìn)行礦井漏風(fēng)檢測(cè)。

3.2 瞬時(shí)釋放SF6定性測(cè)定采空區(qū)漏風(fēng)基本原理

在漏風(fēng)源處一次瞬時(shí)釋放一定數(shù)量的SF6氣體，同時(shí)在漏風(fēng)匯處取樣分析（一般每間隔5～20min取一次樣），通過分析采集的氣樣中是否含有SF6來確定是否存在漏風(fēng)通道，并根據(jù)測(cè)出含有SF6的時(shí)刻通過下式計(jì)算漏風(fēng)風(fēng)速[12]。

式中：V為漏風(fēng)風(fēng)速，m/s；L為漏風(fēng)距離，m；t為從漏風(fēng)源到漏風(fēng)匯的漏風(fēng)時(shí)間（即從SF6氣體釋放到檢測(cè)出SF6氣體的時(shí)間），min。

3.3 SF6示蹤氣體測(cè)定漏風(fēng)通道的應(yīng)用

1）總體方案：本次測(cè)定采用在地面可能存在的漏風(fēng)源（原火區(qū)A13觀測(cè)孔）一次性瞬時(shí)釋放SF6氣體20 kg，在王莊煤礦井下可能存在的漏風(fēng)匯（井下4305放水巷車場(chǎng)、4307集回新閉口、4309檢測(cè)點(diǎn)等三個(gè)地點(diǎn)）采集氣體分析，以判定是否存在漏風(fēng)通道并估算相應(yīng)的漏風(fēng)風(fēng)速[13]。

2）檢測(cè)步驟：a.9月24日11:30在原火區(qū)A13觀測(cè)孔一次性釋放SF6氣體20 kg。b.在地面釋放30min后開始人工采集氣樣，每隔10min采集一次，共采集20次。c.將采集的氣樣及時(shí)送太原理工大學(xué)礦井火災(zāi)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，測(cè)定SF6濃度，并填入記錄表格中。

3）檢測(cè)儀器及材料:a.SF6氣體（20 kg）。b.電子捕獲檢測(cè)器的色譜分析儀器1臺(tái)，實(shí)驗(yàn)條件：載氣為99.999%氮?dú)?；柱溫?0℃；汽化溫度為100℃；檢測(cè)器溫度為150℃；電流為0.25 nA。c.采樣袋70個(gè)及手工采樣器6個(gè)。

4）檢測(cè)結(jié)果：井下各CO涌出點(diǎn)均沒有收集到SF6氣體，說明在目前條件下原火區(qū)A13觀測(cè)孔與目前3個(gè)井下檢測(cè)點(diǎn)不存在漏風(fēng)通道。

為了防止由于井下漏風(fēng)風(fēng)速過低而造成沒有接收到示蹤氣體的可能，在9月25日10∶30再次在原接收地點(diǎn)采集氣樣，每隔1 h采集一次，共又采集4次，仍然沒有監(jiān)測(cè)到SF6氣體，表明原火區(qū)與目前井下3個(gè)CO異常涌出點(diǎn)之間沒有漏風(fēng)通道，也反映了2009年井下注漿封堵效果較好。

4 地面鉆探

由于原火區(qū)封堵地點(diǎn)沒有CO涌出，且經(jīng)觀測(cè)孔測(cè)溫測(cè)氣和釋放SF6測(cè)定漏風(fēng)試驗(yàn)結(jié)果，原火區(qū)復(fù)燃可能性較小，因而無法確定火源的具體位置，為此，9月26日開始對(duì)可能火區(qū)范圍內(nèi)實(shí)施地面打鉆作業(yè)，從而根據(jù)鉆孔孔底的溫度、氣體等信息，確定火區(qū)的范圍和位置，為滅火工程的順利實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)，布置鉆孔共7個(gè)如表2所示（其中2號(hào)孔為煤柱孔，無法取氣測(cè)溫），其余鉆孔孔底信息如表3所示。

根據(jù)這次所成鉆孔孔底信息，孔底CO最高達(dá)0.617 6%，并伴有C2H4、C2H2氣體，說明仍有高溫火區(qū)存在；1號(hào)鉆孔孔底溫度達(dá)26.6℃，而其余各點(diǎn)孔底溫度均低于15.1℃，初步確定火區(qū)范圍集中在故縣全創(chuàng)煤礦兩條巷道及停采線附近，為此，進(jìn)一步在故縣全創(chuàng)煤礦兩條巷道內(nèi)補(bǔ)充鉆孔，并根據(jù)鉆孔孔底信息確定火源的具體位置，為下一步滅火方案的制定提供科學(xué)依據(jù)。

由于故縣全創(chuàng)煤礦為小窯開采區(qū)，地質(zhì)資料不盡詳細(xì)，為保證鉆孔的成孔率，在目前現(xiàn)已知的井下巷道測(cè)點(diǎn)布置探測(cè)孔，第二次在故縣全創(chuàng)煤礦兩條巷道內(nèi)布置探測(cè)孔9個(gè)（見圖2），坐標(biāo)如表4所示，所成孔底氣體溫度信息如表5所示。

根據(jù)第二次鉆探所成鉆孔孔底信息，Y9鉆孔孔底溫度達(dá)34.4℃，F(xiàn)15鉆孔孔底溫度也在16.5℃，確定火區(qū)范圍集中在故縣全創(chuàng)煤礦兩條巷道。

5 結(jié)束語

綜合以上原火區(qū)預(yù)留觀測(cè)孔孔底氣體和溫度信息、SF6示蹤氣體檢測(cè)漏風(fēng)通道實(shí)驗(yàn)、探測(cè)鉆孔的孔底氣體和溫度信息，可以確定火源位于故縣全創(chuàng)煤礦兩條巷道內(nèi)，為下一步滅火方案的制定提供了科學(xué)依據(jù)。

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Position Determination of Coal Spontaneous Combustion in Quanchuang Mine

LIANG Xinxing
(Wangzhuang Mine,Lu'an Mining Group,Changzhi 046000,China)

Bymeasurement of gas and temperature of observation well in original fire zone in QuanchuangMine,the study concludes the impossibility of recombustion.To check if air-leaking passages exist in the original fire zone and CO leakage points,SF6tracing gas was released tomeasure air leakage. The technology determined that there were no air-leaking passages in the original fire zone and three CO emission points.In combination with the gas and temperature data of the observation well,the air leakage experiment with the SF6tracing gas,and the gas and temperature data at the bottom of detection drilling holes,the fire position was located in the tworoadways ofQuanchuangMine.

original fire zone;coal spontaneous combustion;inflammation position;SF6tracinggas

TD752

A

1672-5050（2015）05-0016-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.007

（編輯：薄小玲）

2015-04-09

梁新星（1987-），男，河南輝縣人，大學(xué)本科，助理工程師，從事煤礦礦井開采工作。