孤島工作面采空區煤炭氧化“三帶”分布規律研究

摘 要：張集煤礦17258工作面為孤島工作面開采，為防止回采過程中出現自然發火事故，采用在上風巷埋設束管，利用JSG-7型煤礦束管監測系統采樣、檢測采空區內氣體，測定出該面采空區“三帶”變化規律，確保了17258工作面安全回采。

關鍵詞：采空區火災；自然發火；“三帶”分布

中圖分類號：TD75文獻標識碼：A

[WT]文章編號：1672-1098(2011)02-0049-03





收稿日期：2011-04-27

作者簡介：李守勤(1959-)，男，安徽鳳臺人，高級工程師，本科，研究方向為煤礦地質和通風。

[WT3BZ]Study on Laws of Coal Oxidation Three Zones Distribution in Goaf of Island-like Longwall

LI Shou-qin1， LI Ying-hui2

(1. Huainan Institute of Coal Mine Engineering and Technology， Huainan Anhui 232001， China; 2. Zhangji Coal Mine， Huainan Mining Group Co.， Ltd.， Fengtai Anhui 232174， China)

Abstract:Longwall 17258 of Zhangji Coal Mine is island-like. In order to prevent spontaneous combustion accidents in mining process， bound pipe was pre-settled in air return way to sample gases for type JSG-7 monitoring system to detect gases in goaf， and to determine change of three zones distribution in goaf to ensure safety in mining process of longwall 17258.

Key words:Fire in goaf; spontaneous combustion; three-zone distribution

煤炭自燃是礦井重要災害之一，是威脅煤礦安全生產的重大隱患。影響采空區遺煤自燃的主要因素是煤炭的氧化，煤炭的自燃危及工作面的正常回采，燒損設備、凍結大量的煤炭資源，甚至會導致井下火災和瓦斯爆炸等事故的發生，造成大量人員與財產的損失，給礦井安全生產帶來巨大隱患。因此我國政府在“21世紀議程”中已將煤炭自燃列為重大自然災害類型之一［1］。

1 工作面概述

17258工作面是北一8煤采區采煤工作面，該工作面位于北一采區南翼，南側17268工作面已經回采結束，東鄰近FW2斷層，北側17248工作面已回采完畢，西到北一采區8煤層南翼膠帶機大巷。該工作面置于17248與17268采空區之間，為一孤島工作面(見圖1)。

該工作面走向長2400 m， 工作面推進長度2 074 m， 面積458 354 m2，工作面標高為-470～-580 m。由于下隅角沒有充填、雙沿空受壓使得軌運順煤壁壓裂以及運用高抽巷、底抽巷使得煤巖層破裂等原因，加大采空區漏風，增加了采空區遺煤自燃的危險性。因此，研究此種條件下工作面采空區遺煤氧化“三帶”分布，對于該孤島工作面防火，具有十分重要的意義。

2 束管系統建立

為研究17258采煤工作面采空區內的氣體成分和溫度場隨回采推進的變化規律，沿工作面軌順槽布置3根(為增加保險系數)帶有強力保護套的束管，內徑為Φ10。通過調查分析選擇在軌順退尺點580 m處埋設3趟束管，測定采空區氣體成分和溫度場隨回采推進的變化規律，具體埋設布局如圖2所示。A為套管位置，B、C為三通位置，即束管抽氣點，1＃、2＃、3＃線為三根束管，分別引至束管接線點，然后由一根總線引至軌順順槽撥門口，當進行抽氣時，分別接到三根束管上，由地面防自然發火束管檢測系統進行取氣化驗。其中該系統末端置于軌順退尺點580 m處，前段置于軌順退尺點790 m處。

圖1 工作面示意圖

圖2 17258工作面束管布置示意圖

3 測定結果及分析

在正常回采期間，每天通過JSG-7型煤礦束管監測系統自動取樣一次，直到工作面軌順退尺至790 m為止。通過對數據分析可知，隨著工作面向前推進，布設在軌順順槽的三個測點的氧濃度變化趨勢相似，具體測定結果如表1所示。

從圖3可見，束管埋深<80 m時，采空區O2>18％；束管埋深80～140 m之間，10％140 m時，O2(％)<10％。根據燃燒必須具備的“三要素”條件可知，只要其中一個因素(點火源、 溫度和充足的O2)缺少， 就不會發生燃燒， 因此當O2<10％時， 采空區遺煤將不會發生燃燒［2-3］。

4 數據擬合及分析

通過對數據進行回歸分析，繪制出3＃束管O2、CO 實測濃度變化曲線(見圖4)。

L/m

通過回歸分析可以得出17258工作面采空區“三帶”寬度與測定結果相同，即從工作面向采空區深部在小于80 m的范圍內，為散熱帶；在80～140 m之間為氧化帶；大于140 m為窒息帶，因此只要該綜采面保持月推進大于140 m，采空區遺煤一般情況下不會自燃；同時當CO 濃度達到最大值時，說明采空區遺煤已氧化，而通過計算x1=98 m在80～140 m之間，即處于氧化帶。

根據張集北礦17258工作面在有高抽巷、底抽巷及上隅角抽采管的條件下，繪制出其采空區“三帶”分布如圖5所示。

圖5 17258工作面“三帶”分布示意圖

（下轉第60頁）