束管系统在采空区自燃规律研究中的应用①

刘树弟 刘 涛

(开滦(集团)有限责任公司,河北唐山 063018)

束管系统在采空区自燃规律研究中的应用①

刘树弟②刘 涛

(开滦(集团)有限责任公司,河北唐山 063018)

林南仓矿所采各煤层均属于自燃煤层。放顶煤开采采空区遗煤较多,加之漏风通道较多易造成采空区遗煤发生自燃。利用束管系统对1226采空区气体成分进行了测定分析,得出了该工作面采空区煤炭自燃的发火规律,为合理选择预防采空区煤炭自燃的措施提供了科学的理论依据。

轻放工作面;煤炭自燃;束管系统;采空区三带

开滦林南仓矿业分公司为低瓦斯矿井,采用中央边界式通风方式,抽出式通风方法,煤尘具有爆炸性,各煤层均属自然发火煤层,煤12自然发火期较短,仅有2个月。林南仓矿业分公司采用综放技术,此回采技术采空区遗煤多,容易发生煤炭自燃事故,为充分了解自然煤层采空区氧化分布规律,保证轻放工作面的回采安全,利用束管监测系统对西二小采区1226回采工作面进行了氧化规律分布分析研究。

1 1226回采工作面概述

该采面位于-400水平,西二小采区12槽煤层,东为西二小煤12西正眼,西距1228E采空区266m,北距1225底采空区4～6m,其余部位无工程。工作面走向长269～278m,平均273.5m;倾斜长39.4～84m,平均66m。工作面标高-248.78.1～-266.40m。煤层倾角：1°～21°,平均14°,煤层厚度1.3～5.2m,平均厚5.0m。可采储量11.92万t。煤尘爆炸指数：43.68%,具有较强的爆炸性。自然发火期：2个月。采面通风采用“U”型通风,采面实际配风量为8.5m3/s。

采煤方法为走向长壁后退式,一次采全厚综合机械化轻型放顶煤采煤法。采高2.2m,放煤2.8m,采放比为1∶1.27。顶板管理方法为全部垮落法。

2 测点布置

2.1 测定依据

测点的布置与分析测试方案采用沿工作面倾向全线布点的测定方法,采用KSS-200束管系统为现场实测手段,以气相色谱分析采空区气体成分为理论依据。测试分析成分为：CO、CO2、O2、N2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2。

2.2 测点布置

采用2根5芯束管用钢管作保护骨架设计形成束管监测主线路。在采空区切顶线处线路上设计5个测点,测点位置,C1、C5分别距上口和下口5m处,其余测点均分,各测点间距17.5m。在每个测点上设计2根单芯监测束管,一根正常监测,另一根备用或进行比较使用。为保证检测的顺利,采取了相应的保护措施。在1226上风设计一个环境良好的位置,安装一个分路箱,安装放水器,并且给每个监测束管上安装温度探针。束管监测设计方案布置见图1。

图1 束管系统测点设计方案布置图

3 测试结果分析

1226回采工作面开采时间为7月4日,测点位置距采面开切眼40m。测试时间为7月25日～8月25日,观测长度为100m。

3.1 O2实测分析

测点C3和C4在进入采空区12m后O2浓度就降到了18%以下,其他测点O2浓度依然在18%以上,测点C1和C2在进入采空区50m后O2浓度降到了18%以下,测点C5在进入采空区60米后O2浓度降到了18%以下;测点C3和C4在进入采空区100m后O2浓度就降到了6%以下,其他测点O2浓度依然在6%～18%之间。根据数据显示趋势分析沿倾向采空区中部迅速进入了自燃区,而靠近上、下顺槽的采空区内却分别在进入采空区50m和60m处进入了自燃区,符合采动裂隙“O”形圈理论。即煤层开采后的上覆岩层中形成两类裂隙：一类为离层裂隙,另一类为竖向破断裂隙。离层裂隙分布呈现两阶段特征：第一阶段从开切眼开始,随着工作面推进,离层裂隙不断增大,采空区中部离层裂隙最发育;第二阶段采空区中部离层裂隙趋于压实,离层率下降,而采空区两侧离层裂隙仍能保持。在顶板任意高度的水平内,在第二阶段时,位于采空区中部的离层裂隙基本被压实,而在采空区四周存在一连通的离层裂隙发育区,其形状与老顶的“O-X”形破断边界相似,称之为采动裂隙“O”形圈。各测点随时间变化的O2浓度值见表1和图2。

表1 各测点O2浓度统计表(%)

图2 测点O2浓度统计图(图中B、C、D、E、F各曲线分布代表C1～C5各测点的数据变化,下同)

3.2 CO实测分析

测点C3和C4在进入采空区12m后CO浓度就开始显现,证明此处已经开始氧化,直到监测试验结束测点C3和C4的CO浓度才逐步趋于为零,证明测点位置已进入窒息带。其他测点CO浓度自始至终基本上没有显现,主要原因是这些测点位于采空区四周连通的离层裂隙发育区,这一区域自采面下顺槽向采空区漏风较大,氧化热量被及时带走不至于氧化形成指标性气体CO。各测点随时间变化的CO浓度值见表2和图3。

表2 各测点CO浓度统计表(%)

图3 各测点CO浓度统计图

3.3 其他气体成分分析

根据研究,在林南仓井下只有煤温上升到110℃以上时,才会出现C2H4气体。1226采空区各测点均未出现C2H4气体,证明采空区内没有监测到温度上升到110℃以上的区域。

3.4 采空区氧化分布规律

通过对1226采空区内的气体分析,结合采动裂隙“O”形圈理论,1226轻放工作面采空区煤炭自燃可分为：散热带、自燃带和窒息带。其中散热带在工作面中部的宽度为12m左右,自燃带在工作面中部的宽度为90m左右,其后为窒息带。其分布如图4所示。

图4 1226工作面采空区三带分布图

4 结论

1226回采工作面走向长度和倾向长度均较短,围岩封闭严密,且推采速度较快,研究采空区氧化规律具有典型性。通过采用束管系统测试采空区各种气体变化,划分了1226工作面的“三带”分布,该工作面采空区氧化规律的研究结果符合采动裂隙“O”形圈理论。本次研究工作为1226工作面及林南仓矿其它工作面的安全开采奠定了基础。

[1] 张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社,2004

[2] 张国枢,戴广龙.煤炭自燃理论与防治实践[M].北京：煤炭工业出版社,2002

[3] 蒋曙光,张人伟,陈开岩.监测温度和气体确定采空区自燃“三带”的研究[J].中国矿业大学学报,1998,(1)

[4] 袁树杰.用火灾指标及热电偶测温法分析采空区煤炭自燃[J].煤矿安全,2001,(5)

The Use of Beam TubeM on itoring andM easuring System in the Study on Spontaneous Combustion

L IU Shudi,L IU Tao

(Kailuan Group Crop.Ltd.,Tangshan Hebei 063018)

Every coal seam of Linnancang coal mine belongs to the spontaneous combustion coal seam.The use of top caving miningmethod leftmuch coal in the gob area.Because there are multi air leakage channels,spontaneous combustion is ofen occurred.In order to strengthen fireproofingmanagement and understand the naturaloxidation of the gob area,the beam tubemonitoring and measuring system was used to observe the air contents of 1226 working face.The spontaneous combustion rule in gob area was gotten.·It can be used to guide the production ofLinnancang coalmine.

lightly equipped top coal caving longwall faces;beam tube monitoring and measuring system;spontaneous combustion;three cuts of goaf

TD 75+2.1

A

1672-7169(2011)02-0055-04

2011-02-22

刘树弟(1966-),男,河北饶阳县人,高级工程师,开滦(集团)有限责任公司技术管理部副主任。