高地溫、高濕度條件下煤層自然發(fā)火規(guī)律研究

摘 要：為了掌握新安煤礦高地溫、高濕度煤層自然發(fā)火規(guī)律，對(duì)新安煤礦3402工作面煤自燃特性基礎(chǔ)參數(shù)及自然發(fā)火指標(biāo)氣體進(jìn)行了研究，確定了CO作為煤自燃早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的指標(biāo)氣體。采用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)3402綜放面進(jìn)行煤自燃“三帶”測(cè)試，得到了煤自燃“三帶”范圍。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)；指標(biāo)氣體；自燃“三帶”；氧濃度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.065

0 引言

新安煤礦3煤層為主采煤層，開采深度距地表較深，具有高地溫、高濕度的特點(diǎn)，熱量容易聚集；同時(shí)，3煤層大部分工作面采空區(qū)綜采放頂煤開采技術(shù)，導(dǎo)致采空區(qū)遺煤量較大，冒落高度大，漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致采空區(qū)發(fā)生煤自燃發(fā)火的危險(xiǎn)性較大。在該煤層前幾個(gè)面的開采過程中，多次出現(xiàn)由于采空區(qū)浮煤氧化導(dǎo)致回風(fēng)隅角CO超限。由于3煤層缺乏對(duì)煤自然發(fā)火基礎(chǔ)參數(shù)的研究，防滅火工作缺乏設(shè)計(jì)依據(jù)，因此，研究3煤層自然發(fā)火規(guī)律，不僅可以為煤礦現(xiàn)場(chǎng)采空區(qū)遺煤自燃的治理提供指導(dǎo)理論，對(duì)煤礦現(xiàn)場(chǎng)的防滅火也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。

1 煤層自然發(fā)火指標(biāo)氣體實(shí)驗(yàn)研究

在礦井的生產(chǎn)中，需對(duì)煤自燃進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，而最直接有效的方法就是對(duì)煤自燃的指標(biāo)氣體進(jìn)行檢測(cè)分析，所謂指標(biāo)氣體，就是在煤氧化自燃的過程中產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物，通過檢測(cè)氣體產(chǎn)物的濃度可以預(yù)測(cè)煤自燃所處的階段，從而采取有效的措施及時(shí)的預(yù)防煤自燃，避免事故發(fā)生。

（1）實(shí)驗(yàn)過程。實(shí)驗(yàn)選取新安煤礦3402工作面的煤作為實(shí)驗(yàn)材料，井下密封并運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)時(shí)，破碎煤塊，篩選出粒徑處于0.18～0.38mm的煤樣，用電子天平稱取煤樣50g并裝入煤樣罐中，以50ml/min的速度通入空氣，此時(shí)保持裝置恒溫，待爐溫達(dá)到30℃以后啟動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，以0.8℃/min的速度升溫。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出煤氧化產(chǎn)物隨溫度升高的濃度變化曲線，如圖1、圖2所示。

根據(jù)圖1、2所示結(jié)果，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CO氣體在煤自燃氧化的過程中是比較敏感的氣體，存在于煤自燃發(fā)火的整個(gè)階段，而且濃度增加呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，近似為指數(shù)增加，且CO氣體在煤層中的吸附量很小，因此應(yīng)該選擇CO作為煤自燃發(fā)火的標(biāo)志性氣體。

2 3402綜放采空區(qū)“三帶”現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

（1）測(cè)試系統(tǒng)布置及方案。采用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)氣體進(jìn)行采樣分析，之后將采集到的氣樣送入氣相色譜儀進(jìn)行分析，得出采空區(qū)內(nèi)各個(gè)氣體的濃度及其變化規(guī)律，通過氧氣濃度來劃分采空區(qū)自燃氧化帶的分布范圍，從而計(jì)算并確定工作面回采速度，并制定合理的防滅火技術(shù)措施。

（2）測(cè)試結(jié)果分析。從2016年6月1號(hào)，開始對(duì)3402綜放面進(jìn)行煤自燃“三帶”的觀測(cè)，以氧氣濃度5%～15%作為氧化自燃帶的劃分依據(jù)，得出各測(cè)點(diǎn)劃分的煤自燃“三帶”范圍如表1。

（3）安全推進(jìn)速度的確定。由2.3可知采空區(qū)最大氧化自燃帶寬度為，最短發(fā)火期為，可以計(jì)算出注氮條件下工作面最小推進(jìn)速度：

式中：vmin—注氮條件下工作面最小推進(jìn)速度，m/d；

Lm—注氮條件下采空區(qū)氧化自燃帶最大寬度，m；

τ —煤層的最短自然發(fā)火期，d。

由以上計(jì)算可得工作面最小推進(jìn)速度為2.36m/d，說明工作面推進(jìn)大于2.36m/d，可以確保工作面安全生產(chǎn)，采空區(qū)遺煤不發(fā)生自燃。

3 結(jié)論

（1）對(duì)新安煤礦3煤層的指標(biāo)氣體進(jìn)行選擇，對(duì)煤在不同溫度下氣體產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)分析，最后得出最適合作為煤自燃發(fā)火的標(biāo)志性氣體。

（2）計(jì)算可得工作面最小推進(jìn)速度為2.36m/d，工作面的實(shí)際推進(jìn)速度大于計(jì)算的最小推進(jìn)速度，可以確保安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：王龍（1985-），男，山東棗莊人，本科，工程師，研究方向：礦井通風(fēng)防滅火。endprint