新柳煤礦231115綜放工作面采空區“三帶”的測定

王康明，何啟林，蔡翼駿

（安徽理工大學能源與安全學院，安徽 淮南232001）

煤炭自燃是礦井重要災害之一。當采空區浮煤具備良好的漏風供氧和蓄熱條件時，會造成采空區浮煤自燃，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隱患〔1－4〕。新柳煤礦自建成投產以來，一通三防中防滅火工作的壓力一直很大。煤炭自然發火期較短，投產以來有記載的自然發火事故7次，其中多次造成停產封面，打亂了生產布局，安全生產十分被動，到目前仍殘存老火區多處。另外，礦井煤炭資源臨近枯竭，采場日益狹窄，而且由于采場接續緊張，許多工作面被迫在火區周圍布置，受到火患的嚴重威脅。新柳煤礦周邊小煤窯越界開采、私挖亂采情況嚴重，給礦井通防工作造成很大影響。因此，研究回采工作面采空區遺煤氧化情況十分必要。

1 礦井概況

新柳煤礦位于山西省中部孝義市境內，距孝義市25 km，井田面積1111.663km2，其井田范圍北部和西部以兌九峪河床及煤層露頭線為自然邊界，東北與水峪井田相接，東部與宜興井田、河溪溝井田相連，南部為雙池普查區。

新柳煤礦開采煤層為太原組下組煤11煤層，11煤是合并層，煤層產狀走向西北，傾向東南。煤層平均厚度為6.4m，煤層傾角0°～8°，平均傾角4°，有自然發火傾向性。煤層均具有爆炸性，11－1煤塵爆炸指數為23.34%，11－2煤塵爆炸指數為22.58%。礦井采掘水平為＋880m。231115工作面為綜采放頂煤作業方式，自然垮落法管理頂板，采空區遺煤量較大，防火工作難度較高。

2 231115工作面采空區“三帶”的測定

2.1 測點布置

在231115工作面進風巷、回風巷分別布置3個觀測點，束管與熱電偶導線綁在一起，故測溫點和測氣點在一起，進風巷測點編號1＃、2＃、3＃測點，1＃測點位于工作面下隅角處，2＃、3＃測點分別設在距1＃測點向外48m和96m處。回風巷測點編號4＃、5＃、6＃測點，4＃測點位于工作面上隅角處，5＃、6＃測點分別設在距4＃測點向外48m、96m處，具體布置如圖1所示。

圖1 工作面“三帶”測點布置示意

2.2 231115工作面溫度及氣體成分測定結果

從2011年12月11日～2012年1月16日對231115工作面進、回風巷進行測溫及測氣工作，測定結果見圖2～圖5，由于測點導線損壞的原因，進風巷只有兩組測溫數據。

圖2 進風巷溫度測點的測定結果

圖3 進風巷測點氧的測定結果

圖4 回風巷溫度測點的測定結果

圖5 回風巷測點氧的測定結果

2.3 測試結果分析

（1）在231115綜放工作面的進、回風巷埋設的測試系統，基本達到測試目的，所得數據真實可靠；所取的氣樣準確可靠，化驗結果也較為準確合理。

（2）受現場條件所限，測點只能沿進、回風巷的巷幫布置，往往高溫點在采空區中間偏回風巷的位置。外加測溫設備的誤差，所測的溫度結果有些偏小。但根據所測溫度的變化趨勢，可以得出采空區“三帶”大致分布情況。通過圖2和圖4測溫探頭所測數據可以看出，所測溫度數據具有波動性，但總體變化具有趨勢性。當測溫探頭進入采空區大于35m時，溫度上升速率較快，溫度變化較大。當測溫探頭進入采空區85m左右時，溫度開始下降，說明測溫探頭已進入窒息帶。

（3）通過圖3和圖5氧氣濃度的變化情況，分析采空區內的氧化“三帶”分布原則，當束管進入采空區35m左右時，采空區氧氣濃度下降到18%以下，且下降趨勢較快，可推算采空區散熱帶為小于30m的范圍，在測點進入采空區85m左右時，采空區氧氣濃度降到了10%以下，可以推算窒息帶大致為大于95m的范圍，氧化升溫帶為30～95m的范圍。具體分布情況見表1和圖6。

表1 工作面采空區“三帶”范圍

圖6 采空區“三帶”分布示意

3 結語

1）回風巷進行束管和補償導線的埋設，測定了231115工作面采空區遺煤氧化過程中溫度和氧氣濃度的變化，掌握了采空區遺煤氧化“三帶”隨回采推進過程的動態變化規律。

2）經理論分析和計算知，根據新柳礦11煤測出的氧化放熱量值，并取回采率為85%，工作面風量為Q＝1150 m3／min，工作面推進速度4.0m／d的情況下，可求出采空區遺煤的實際最短發火期為3.1月左右。由此可見，新柳礦在這樣的開采條件下，采空區內遺煤發火的可能性較小。

3）通過本次的研究，得出了新柳煤礦231115工作面采空區遺煤自燃情況，為工作面的最低安全回采速度提供了可靠依據。

〔1〕何啟林，鄭旺來.徐莊煤礦綜放采空區“三帶”寬度的確定〔J〕.煤礦安全，2001，（2）：6－7.

〔2〕何啟林.綜放工作面采空遺煤自然發火過程動態數值模擬〔J〕.中國礦業大學學報，2003，（1）：3－6.

〔3〕馬漢鵬，王德明，何啟林.注氮對綜放面采空區內氧的濃度和“三帶”寬度的影響 〔J〕.煤礦開采，2006，（1）：11－13.

〔4〕張辛亥，徐精彩，杜 鵑，等.煤低溫氧化動力學參數與粒度關系實驗研究〔J〕.安徽理工大學學報.2005，25（2）：9－12.