近距離煤層綜采面采空區自燃“三帶”范圍的確定

摘 要：采空區自燃“三帶”劃分是礦井防滅火基礎工作之一。根據井工二礦11煤21103工作面實際情況，沿采空區回風巷布置3個測點測定采空區氣體成分，依據采空區氧化升溫帶長度，劃分自燃“三帶”范圍，確定工作面最低推進速度，為防治采空區遺煤自燃提供科學依據，保證工作面安全回采。

關鍵詞：極近距離煤層；采空區；自燃“三帶”；確定

采煤工作面采空區自燃“三帶”（散熱帶、氧化帶、窒息帶）的范圍是煤礦井下防滅火技術方案設計及制定的重要依據。目前，井工二礦4#、9#煤層已回采完畢，主采11#煤層，該層煤的厚度2.75～7.47m，平均4.25m，與上覆9#煤層的層間距2.1～10.83m，平均6.6m，為近距離煤層群開采。11#煤為自燃煤層，自燃傾向Ⅱ級，自燃發火期3～6個月。11煤開采過程中上下兩層采空區將溝通，在采空區漏風作用下極易引起采空區遺煤自燃；9#、11#煤層中間賦存不可采的10#煤，10#煤硫分高，煤層易自燃。研究11煤綜采面采空區“三帶”范圍，對礦井采取針對性的防滅火措施具有現實指導意義。

1 綜采工作面采空區自燃影響因素分析

1）煤體自燃危險傾向性。自燃危險傾向性是煤體的本質屬性和天然特征，不同種類的煤體其自燃發火期長短不同，發火期越短，說明該類煤越容易自燃。2）氧濃度。氧氣濃度很小時，遺煤處于缺氧窒息狀態，自燃困難；相反，氧濃度越大越容易為煤體自燃創造條件。3）漏風強度。采空區漏風強度較大時，遺煤氧化時釋放出的熱量將被大量風流帶走，煤體溫度難以繼續升高；若漏風強度太小，采空區氧氣濃度隨之降低，遺煤同樣不具備自燃的客觀條件。4）瓦斯濃度。采空區遺煤自燃時首先進行氣體揮發份燃燒，瓦斯作為可燃氣體且與煤體的伴生關系，大量高濃度瓦斯可提高遺煤揮發份的濃度，為遺煤自燃創造條件。5）工作面推進速度。工作面不斷向前回采，后方頂板垮落形成采空區，采空區內遺煤自燃發火相對時間較長，而加快工作面推進速度，可將采空區遺煤在形成自燃發火條件前甩至難以自燃的窒息帶。

2 采煤工作面采空區自燃“三帶”的測定

2.1 觀測方案的制定

21103綜采工作面為11煤首采面，面長300.5m，推進長度1496m。工作面煤厚3.26～6.31m，平均4.5m。采煤方法為傾斜長壁綜后退式全部垮落綜合機械化采煤，設計采高4.2m。測試方案采用常規的埋管抽氣法，通過管路抽取采空區氣樣，采樣后在實驗室內用氣相色譜儀進行分析，根據各氣體濃度變化規律劃分采空區自燃“三帶”分布范圍，之后，合理制定采空區防滅火技術的工藝參數以及科學的工作面回采速度。

2.2 測點布置

在回風巷靠近巷幫一側預埋3芯束管（束管套PE管加以保護）進行采空區氣體觀測，束管采樣探頭設在回風巷內，吊掛在巷幫鐵絲網上。采空區氣體成份測定范圍為工作面后方300m，測點間距50m，待3#測點進入采空區200m后結束觀測。

2.3 觀測結果分析

1）采空區CO變化及分布規律分析。隨測點距工作面距離的變化，2#測點和3#測點推進至距工作面36m的時候，CO氣體出現峰值分別為32ppm、36ppm，然后開始下降。1#測點的CO濃度峰值出現在距工作面深度50m處，最高達到30ppm，然后隨著測點與工作面距離增加氣體濃度下降，到120m前后開始穩定。2）采空區O2變化及分布規律分析。隨測點與工作面距離的增減，1#、2#、3#測點O2濃度總體呈線性下降趨勢，1#測點的氧氣濃度在110m左右下降到10%以下，3#測點的氧氣濃度在124m下降至9.5%，2#測點的氧氣濃度在120m時下降至10%。分析采空區內O2濃度的降低主要有原因，一是反應采空區內漏風量的大小；二是反應采空區內不同測點的煤常溫氧化耗氧情況。

2.4 采空區“三帶”范圍確定

按照通用指標，即根據各帶間氧氣濃度的大小來劃分“三帶”范圍，散熱帶內由于漏風充分，其氧濃度偏高，常取大于18%；窒息帶的氧濃度小于10%，氧化帶內的氧濃度為10～18%。以氧氣濃度變化最終確定11煤采空區自燃“三帶”范圍為：散熱帶：0～35m；氧化帶：35～160m；窒息帶：>160m。

2.5 工作面最低推進速度的確定

工作面開采條件不變時，散熱帶和氧化帶的寬度在一個范圍內波動，加快推進度縮短采采空區遺煤在氧化帶內暴露時間，防止煤體自燃。采空區遺煤要自燃，不僅有一定的浮煤厚度，還需具備足夠的時間維持該區域的條件不變，即維持時間必須達到：T>Tmin。式中：Tmin為浮煤的最短發火期，天。根據現場生產經驗結合國內外同煤種自燃實驗最短發火期，確定11#煤層最短發火期，Tmin為84天。工作面推進速度V小于的散熱帶到采空區窒息帶的最大距離和浮煤最短自燃發火期Tmin之商時，可能發生自燃，即：

Tmin=84天，推導出：vmin===1.02m/d。即，推進速度大于1.0m/d時，采空區無自燃發火危險；否則將有危險。因此，為有效防止21103綜采工作面采空區遺留自燃，制定工作面最小推進速度為1m/d。

3 結論

1）采用沿采空區回風巷布點的方法對采空區氣體進行了全面的測定，為確定采空區自燃“三帶”范圍提供可靠現場參數。2）通過檢測工作面采空區O2濃度得出，采空區自燃“三帶”范圍為：散熱帶：0～35m；氧化帶：35～160m；窒息帶：>160m。3）采空區內CO高濃度區都分布工作面后方30～60m，此范圍處于自燃帶范圍內，與“三帶”劃分范圍相吻合。4）根據自燃“三帶”范圍，計算出工作面最低推進速度，為采面合理組織生產，實現安全開采提供依據。

參考文獻：

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作者簡介：

梁峰（1985-），男，山西臨汾人，助理工程師，畢業于陽泉職業技術學院采礦工程專業，現在井工二礦從事生產技術工作。