采空區“三帶”測定在8214綜放面的實踐應用

力尚全

（大同煤礦集團公司通風處，山西 大同 037003）

礦井內因火災絕大部分發生在采空區附近，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。工作面風量不同、煤層賦存不同、采煤方法不同等均會改變采空區“三帶”的分布，采用的防滅火方法也有區別。因此，需要準確掌握燕子山礦8214綜放工作面采空區自然發火“三帶”，以便制定科學有效的8214面防滅火措施。

1 8214綜放工作面概況

8214綜放工作面煤層結構復雜，厚度不穩定，煤層全厚為7.5～8.4m，有1至5層0.1～1.0m的夾石，平均厚度0.45m，煤層大致走向東西，傾向北，傾角為3°。8214工作面走向長度150m，傾向長度2530m。山西組4#煤層最短自然發火期78d，屬自燃煤層，自然發火等級為Ⅱ類。8214工作面計劃配風量2050m3/min，實際供風量2230m3/min。8214工作面瓦斯相對涌出量為2.61m3/t，絕對涌出量為0.24m3/min，二氧化碳相對涌出量為3.80m3/t，絕對涌出量為0.35m3/min。通過日常人工檢查上隅角CH4濃度0.3%，CO2濃度0.4%，CO濃度12ppm，溫度（T）為18℃。

2 “三帶”測定

2.1 采空區“三帶”測定方法

燕子山礦8214綜放工作面采空區“三帶”測定前期的數據取樣收集，采用在8214面進、回風順槽埋設采空區束管和熱敏探頭，測定采空區內溫度和O2含量的變化，其方法如圖1所示。

在8214工作面上、下隅角分別埋入Φ50mm鋼管1趟，并隨著工作面的推進加長鋼管，管內穿入束管單管1根和熱敏電阻1個。取樣頭的設置如圖2所示，取樣頭為直徑Φ108 mm、長250mm的圓柱形鋼管，將鋼管一端封嚴，另一端焊上Ф50mm 接頭，將取樣頭鉆上無數的小孔，以便氣體進入取樣頭，將熱敏電阻和束管單管伸入取樣頭并用封泥將進口封嚴。隨著工作面的推進，束管埋管逐漸伸入采空區內，采用24h連續取樣監測采空區束管和熱敏電阻測點的O2含量及溫度變化過程，以此劃分采空區“三帶”范圍。

圖1 采空區“三帶”測定埋管示意圖

利用多參數便攜式儀器在井下直接測試埋管中束管內的氣體濃度，同時取氣樣送到地面色譜儀上分析氣體成分，其方法為：將便攜式抽氣泵進口端連接埋管中的束管單管，開動抽氣泵約2～5min（根據采空區埋管距離決定抽氣時間），然后再將便攜式儀器連接抽氣泵出口端，并記錄儀器的數值。如果便攜式儀器沒有固定的接口，則將便攜式儀器放在白色塑料袋中，將抽氣泵出口端的管子也放入塑料袋中，用手捏住塑料袋出口，當塑料袋中空氣排完后，就可讀取儀器的數值。便攜式儀器直接測試完后，可將取樣球連接抽氣泵出口端取樣，在取樣時，應將取氣球膽清洗3次。

圖2 取氣和測溫探頭示意圖

溫度測試可在工作面用測溫儀連接采空區埋管中導線，并記錄數值，再到地面查表中對應數值，就可得出埋管中熱敏電阻溫度。

數據的采集、引線、引管在進、回風巷的端頭距采面端頭支架的距離為100m。組合探頭進入采空區3m時，開始進行測試，每天1次，并做好詳細記錄，繪制T、O2、CO、CH4等濃度的曲線圖。

為了防止采空區積水堵塞束管，每個探頭抬高0.6m以上。同時在探頭外用留有孔的鐵箱罩住，以防擠壓。

2.2 8214采空區“三帶”測定結果

根據上述測定結果通過長達19d的測定工作，將進風側測點和回風側測點溫度、氧氣濃度隨采空區深度變化實測數據（見表1）輸入計算機后繪制出曲線（見圖3、圖4）。

圖3 8214工作面采空區“三帶”進風側測定結果曲線

圖4 8214工作面采空區“三帶”回風側測定結果曲線

2.3 8214采空區“三帶”測定結論

根據采空區埋設束管及溫度探頭，結合采空區“三帶”的數學模型解算，利用綜合方法劃分出8214工作面采空區水平“三帶”的范圍為：進風側距工作面25m以內、回風側距工作面18m以內為通風散熱帶；進風側距工作面25～135m之間、回風側距工作面18～120m之間為氧化帶；進風側距工作面135m以外、回風側距工作面120m以外為窒息帶。從而得出以氧氣、溫度劃分工作面采空區的范圍。

3 “三帶”測定注意事項

燕子山礦8214綜放工作面采空區“三帶”測定的核心是利用進、回風順槽埋設采空區束管和熱敏探頭測定采空區內溫度和O2含量的變化，測試結果是否準確，采集數據是否真實，熱敏探頭和束管的安裝質量是關鍵所在，也決定了方案實施的成敗。為了測定數據的準確，防止采空區積水堵塞束管，每個探頭需抬高0.6m以上，同時在探頭外用留有孔的鐵箱罩住，以防擠壓而堵塞束管，造成采空區氣體無法采集。保護熱敏探頭引線的管子，應靠回風順槽側沿上幫煤壁挖溝埋設，綜放工作面采空區進、回風側引線端頭都采用靠巷道上部吊掛；將取樣器放置于保護罩中，可有效的保護熱敏電阻不受損壞，并且能夠準確掌握采空區溫度的變化；將熱敏電阻和束管頭處用黃泥與外界隔開，確保采集的氣樣全部來自采空區內部。

表1 8214工作面采空區“三帶”測定結果原始記錄表

4 結語

此方案在大同煤礦集團公司燕子山礦4#層8214綜放工作面的成功應用，能夠準確采集采空區不同區域的氣體、溫度數據，通過采空區“三帶”測定結果，結合采空區注氮防火措施，為燕子山礦4#層8214綜放工作面防火提供安全保障，對厚煤層大采高綜放工作面開展科學合理的防滅火工作具有實踐指導意義。