新柳煤矿231115综放工作面采空区“三带”的测定

王康明，何启林，蔡翼骏

（安徽理工大学能源与安全学院，安徽 淮南232001）

煤炭自燃是矿井重要灾害之一。当采空区浮煤具备良好的漏风供氧和蓄热条件时，会造成采空区浮煤自燃，危及工作面的正常回采，烧损设备、冻结大量的煤炭资源，甚至会导致井下火灾和瓦斯爆炸等事故的发生，造成大量人员与财产的损失，给矿井安全生产带来隐患〔1－4〕。新柳煤矿自建成投产以来，一通三防中防灭火工作的压力一直很大。煤炭自然发火期较短，投产以来有记载的自然发火事故7次，其中多次造成停产封面，打乱了生产布局，安全生产十分被动，到目前仍残存老火区多处。另外，矿井煤炭资源临近枯竭，采场日益狭窄，而且由于采场接续紧张，许多工作面被迫在火区周围布置，受到火患的严重威胁。新柳煤矿周边小煤窑越界开采、私挖乱采情况严重，给矿井通防工作造成很大影响。因此，研究回采工作面采空区遗煤氧化情况十分必要。

1 矿井概况

新柳煤矿位于山西省中部孝义市境内，距孝义市25 km，井田面积1111.663km2，其井田范围北部和西部以兑九峪河床及煤层露头线为自然边界，东北与水峪井田相接，东部与宜兴井田、河溪沟井田相连，南部为双池普查区。

新柳煤矿开采煤层为太原组下组煤11煤层，11煤是合并层，煤层产状走向西北，倾向东南。煤层平均厚度为6.4m，煤层倾角0°～8°，平均倾角4°，有自然发火倾向性。煤层均具有爆炸性，11－1煤尘爆炸指数为23.34%，11－2煤尘爆炸指数为22.58%。矿井采掘水平为＋880m。231115工作面为综采放顶煤作业方式，自然垮落法管理顶板，采空区遗煤量较大，防火工作难度较高。

2 231115工作面采空区“三带”的测定

2.1 测点布置

在231115工作面进风巷、回风巷分别布置3个观测点，束管与热电偶导线绑在一起，故测温点和测气点在一起，进风巷测点编号1＃、2＃、3＃测点，1＃测点位于工作面下隅角处，2＃、3＃测点分别设在距1＃测点向外48m和96m处。回风巷测点编号4＃、5＃、6＃测点，4＃测点位于工作面上隅角处，5＃、6＃测点分别设在距4＃测点向外48m、96m处，具体布置如图1所示。

图1 工作面“三带”测点布置示意

2.2 231115工作面温度及气体成分测定结果

从2011年12月11日～2012年1月16日对231115工作面进、回风巷进行测温及测气工作，测定结果见图2～图5，由于测点导线损坏的原因，进风巷只有两组测温数据。

图2 进风巷温度测点的测定结果

图3 进风巷测点氧的测定结果

图4 回风巷温度测点的测定结果

图5 回风巷测点氧的测定结果

2.3 测试结果分析

（1）在231115综放工作面的进、回风巷埋设的测试系统，基本达到测试目的，所得数据真实可靠；所取的气样准确可靠，化验结果也较为准确合理。

（2）受现场条件所限，测点只能沿进、回风巷的巷帮布置，往往高温点在采空区中间偏回风巷的位置。外加测温设备的误差，所测的温度结果有些偏小。但根据所测温度的变化趋势，可以得出采空区“三带”大致分布情况。通过图2和图4测温探头所测数据可以看出，所测温度数据具有波动性，但总体变化具有趋势性。当测温探头进入采空区大于35m时，温度上升速率较快，温度变化较大。当测温探头进入采空区85m左右时，温度开始下降，说明测温探头已进入窒息带。

（3）通过图3和图5氧气浓度的变化情况，分析采空区内的氧化“三带”分布原则，当束管进入采空区35m左右时，采空区氧气浓度下降到18%以下，且下降趋势较快，可推算采空区散热带为小于30m的范围，在测点进入采空区85m左右时，采空区氧气浓度降到了10%以下，可以推算窒息带大致为大于95m的范围，氧化升温带为30～95m的范围。具体分布情况见表1和图6。

表1 工作面采空区“三带”范围

图6 采空区“三带”分布示意

3 结语

1）回风巷进行束管和补偿导线的埋设，测定了231115工作面采空区遗煤氧化过程中温度和氧气浓度的变化，掌握了采空区遗煤氧化“三带”随回采推进过程的动态变化规律。

2）经理论分析和计算知，根据新柳矿11煤测出的氧化放热量值，并取回采率为85%，工作面风量为Q＝1150 m3／min，工作面推进速度4.0m／d的情况下，可求出采空区遗煤的实际最短发火期为3.1月左右。由此可见，新柳矿在这样的开采条件下，采空区内遗煤发火的可能性较小。

3）通过本次的研究，得出了新柳煤矿231115工作面采空区遗煤自燃情况，为工作面的最低安全回采速度提供了可靠依据。

〔1〕何启林，郑旺来.徐庄煤矿综放采空区“三带”宽度的确定〔J〕.煤矿安全，2001，（2）：6－7.

〔2〕何启林.综放工作面采空遗煤自然发火过程动态数值模拟〔J〕.中国矿业大学学报，2003，（1）：3－6.

〔3〕马汉鹏，王德明，何启林.注氮对综放面采空区内氧的浓度和“三带”宽度的影响 〔J〕.煤矿开采，2006，（1）：11－13.

〔4〕张辛亥，徐精彩，杜 鹃，等.煤低温氧化动力学参数与粒度关系实验研究〔J〕.安徽理工大学学报.2005，25（2）：9－12.