采空區(qū)自燃“三帶”劃分與綜采面極限推進速度研究

孫晉樂

（山西忻州神達金山礦，山西 忻州 034000）

神達金山礦13#煤層13101 綜放工作面采空區(qū)內(nèi)遺煤得到充足的供氧就會使得煤炭發(fā)生緩慢氧化反應，而采空區(qū)內(nèi)屬相對封閉空間，氧化所產(chǎn)生熱量不易及時散失，因此采空區(qū)“三帶”內(nèi)的氧化帶極易發(fā)生自燃現(xiàn)象。本文通過現(xiàn)場觀測試驗研究，準確地測定出采空區(qū)“三帶”區(qū)域，可為今后消除煤層自然發(fā)火隱患提供參考。

1 自燃“三帶”劃分

根據(jù)國內(nèi)外采空區(qū)“三帶”劃分依據(jù)，可將采空區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的供氧量大小劃分為散熱帶、氧化帶、窒息帶，具體劃分標準見表1。

表1 自燃“三帶”劃分參數(shù)

2 現(xiàn)場試驗及結果分析

2.1 試驗區(qū)域概況

此次試驗區(qū)域選在13#煤層131 采區(qū)13101 綜放工作面，該工作面煤巖層總體近南北走向，巷道布置方式為雙巷布置，其運輸順槽為進風巷，回風順槽進行回風。13#煤層傾角為7°～9°，煤層平均厚度及變異系數(shù)分別為13.53 m、23.4%，煤層較為穩(wěn)定。經(jīng)資質(zhì)單位對該煤層自燃傾向性進行測定，測定結果為Ⅱ類自燃煤層。

2.2 采空區(qū)測點布置方案

采空區(qū)內(nèi)氣體流動趨勢主要沿走向變化，因此本次試驗主要在采空區(qū)進、回風側埋設取樣頭布置測點。為避免取樣管受到頂板或端頭支架來壓造成破壞，在其外部采用Ф50 mm 鋼管進行保護。測點布置如圖1。

圖1 采空區(qū) “三帶”測點平面布置圖

束管的前端布置如圖2，用快速接頭將采樣管與保護鋼管連接，束管單管伸入取樣頭，再從采空區(qū)進、回風側鋼管中穿出，并隨著工作面推進留入采空區(qū)內(nèi)。

圖2 氣體取樣管的設置及保護

2.3 測定結果及分析

根據(jù)所布測點的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，進、回風巷中埋入的測點隨采空區(qū)的推移而呈動態(tài)變化，其O2含量變化趨勢如圖3、圖4。

分析圖3、圖4 可知，進風側測點在采空區(qū)以里30.4 m 處和72 m 處測得的氧含量分別為17.96%和9.82%；回風側測點在采空區(qū)以里14.4 m 處和36.8 m 處測得的氧含量分別為17.82%和9.76%。

圖3 進風側測點氧含量隨采空區(qū)深度變化圖

圖4 回風側測點氧含量隨采空區(qū)深度變化圖

由此可判定進風側自燃“三帶”劃分為：0～30.4 m 范圍為散熱帶，該區(qū)域頂板冒落的巖塊呈松散堆積狀，孔隙多且大，氧濃度大于18.0%，氧化生成的熱量極易被漏風帶走；當取樣點進入采空區(qū)30.4 m 以后，氧氣含量開始小于18.0%，埋測管區(qū)域以里開始進入氧化帶，該區(qū)域冒落的煤巖塊逐漸被壓實，漏風量減小，遺煤開始氧化升溫，且升溫的熱量不易被帶走，因此該區(qū)域極易自燃發(fā)火；根據(jù)O2的濃度變化趨勢，可確定出窒息帶的起始邊界線為72 m 以內(nèi)?；仫L側自燃“三帶”劃分為：散熱帶為0～14.4 m 范圍內(nèi)，氧化帶為14.4～36.8 m范圍內(nèi)，窒息帶為36.8 m 以里。

3 綜采面極限推進速度的確定

采空區(qū)浮煤要自燃，不僅要有一定的浮煤厚度，還需要具備足夠的時間維持該區(qū)域的條件不變，即維持時間必須達到

式中：Tmin為浮煤的最短發(fā)火期，天。

也就是工作面的推進速度v 小于工作面的散熱帶到采空區(qū)窒息帶的最大距離和浮煤最短自然發(fā)火期Tmin之間時，就可能發(fā)生自燃，即：

13101 綜采面散熱帶到采空區(qū)窒息帶的最大距離，即氧化升溫帶最大寬度Lmax為41.6 m。根據(jù)氧濃度曲線可知采空區(qū)當量氧濃度值CO2=16，則實驗氧濃度與實際氧濃度相似比例系數(shù)k=1.1，采空區(qū)浮煤最短自然發(fā)火期Tmin=88 天，可知13101 綜采面采空區(qū)可能發(fā)生自燃的極限推進度為：

因此，當13101 采面推進速度大于0.43 m/d 時，采空區(qū)無自然發(fā)火危險；當工作面推進速度小于0.43 m/d 時，采空區(qū)將有自然發(fā)火危險。

目前金山礦13101 工作面每天平均推進速度為1.6 m/d，大于發(fā)生自燃的極限推進度，因此，目前以此推進速度，采空區(qū)不會出現(xiàn)自然發(fā)火的危險，但進風道仍是防火的重點區(qū)域。

4 結 論

（1）13101 工作面進風側處自燃“三帶”劃分為：散熱帶為0～30.4 m，氧化帶為30.4～72 m（氧化帶寬度41.6 m），窒息帶為72 m 以里；回風側自燃“三帶”劃分為：散熱帶為0～14.4 m，氧化帶為14.4～36.8 m（氧化帶寬度22.4 m），窒息帶為36.8 m 以里。

（2）當13101 工作面月推進速度大于12.89 m時，采空區(qū)無自然發(fā)火危險；當工作面月推進速度小于12.89 m 時，采空區(qū)將有自然發(fā)火危險。