孤岛综放工作面回采过程中防火技术研究

张雪峰

(同煤国电 同忻煤矿有限公司，山西 大同 037000)

某矿1302工作面采用综放放顶煤工艺开采，北邻1301采空区，南邻1303采空区，属孤岛工作面。开采煤层属易自燃煤层，自然发火期为1～3个月。工作面距离地表约500 m，在回采过程中，极易与邻近采空区形成漏风通道，煤炭自燃条件极易满足。在这一过程中，防火工作尤为重要。

1 回采过程中自然发火状况分析

1)周边发火率高，中部发火率低。

综放工作面在回采过程中，受采动影响，进风顺槽、回风顺槽、开切眼和停采线(两道两线)等采空区周边位置的矸石遗煤密实性较采空区中部小。基于此特点，采空区内部风阻和漏风分布有所不同，表现为采空区周边风阻小，漏风强度大，采空区内部风阻大，漏风强度小，进而导致采空区周边自然发火率高，中部自然发火率低[1]。

2)本工作面采空区发火率低，相邻采空区发火率高。

在回采过程中，本工作面采空区内的遗煤属于初次氧化，而临近采空区的遗煤属二次氧化。二次氧化的遗煤氧化升温速度比初次氧化的遗煤自燃升温的速度快，火区复燃的速度也比自然发火速度快，使得防灭火工作更加困难[2]。对于自然发火的难易程度，相邻采空区的自然发火率比本工作面采空区的自然发火率高[3]。

3)两道两线发火率高。

综采放顶煤工艺的进风顺槽和回风顺槽支架处顶煤放出率低，在采动影响下，顶煤受压而发生破碎、压酥、离层等现象，且巷道顶煤已经经过了长时间的氧化升温，在进入采空区后两巷的遗煤温度较其他地点高，极易发生自然发火。

综放工作面开切眼处断面积大，积存遗煤多，初期工作面推进速度慢，开切眼处遗煤氧化时间长，煤体温度较高，在一定的漏风条件下，极易发生煤炭自燃。停采前20～30 m，工作面不放顶煤，采空区遗煤较多，停采后若不能及时撤面、封闭采空区，将导致自燃危险性的增加。

2 采区通风压能测量及漏风量测定

2.1 各测点压能的测算

首先，在矿井通风系统图上确定各压能测点的位置。压能的测点一般选在各个风流的分、合点，斜立巷和水平巷的各交点(见图1)，辅扇、风门、调节门和主要防火墙的前后各点。测压前要在采掘工程平面图上查清或测定各测点精确标高。采用基点法对各点进行测定，测定气压计读数、干温度、湿温度和风速，风速要连续测3次取其平均值，其余可测1次，然后再测量测风处断面积，计算出风量，以计算风量平差和校正风速[4]。

分别计算各点的绝对静压、动压、绝对全压、位压、相邻采空区的静压和阻力，见表1。

图1 1302工作面通风系统图

表1各测点压能值及阻力计算表

2.2 进回风巷压力坡度线与漏风量关系图

1302工作面通风系统示意图见图2。进回风巷与相邻采空区绝对静压差与漏风量关系图见图3，图4。

图2 1302工作面通风系统示意

P1—采空区绝对静压 P2—进风巷绝对静压

P1—相邻采空区绝对静压 P2—进风巷绝对静压

2.3 工作面漏风量计算

由单元格法在工作面布置测点，见图5。

图5 工作面测点布置图

工作面各测点的漏风情况见表2。

表2 工作面各测点测量值分析表

由表2可知，从工作面1～4点流入采空区的总风量为201 m3/s ，从采空区流出工作面4～7点的总风量为200.1 m3/s，可见，流入和流出采空区的风量基本相等。

3 采空区“三带”参数测定

测定的主要途径是利用检测装置在试验工作面建立一氧化碳、氧气以及乙烯观测系统，装置的主要由传感器、传感器引线、数字测试仪表、保护铁管和测采站等部分组成，见图6。

图6 测试观测系统示意图

通过对5个测点在距工作面不同距离的采空区内的气样分析，分别得出CH4、CO2、C2H6、O2等参数，根据5个测点的不同参数，绘制出随工作面推进，采空区内各测点O2浓度的变化曲线，以便直观探寻采空区的三带分布规律。通过分析数据得出：

1)测点进入采空区后20 m左右，CO气体出现，判定不自燃带位于采空区后20 m范围内[5]。

2)气体浓度变化和温度变化较大的区域为20～55 m。顶板垮落规律和通风状态变化规律决定了其遗煤氧化升温规律。当顶板出现周期性来压时，通风状态发生变化，区域漏风量增大，遗煤氧化速度加大，遗煤温度上升，随之出现CO气体。随后顶板逐渐压实，漏风量减小，氧化速度减弱，遗煤温度下降，此区域为自燃带[6]。

3)进入采空区55 m后，测点气体和温度浓度呈下降趋势并稳定在一定状态，可以断定超过55 m后的区域基本为压实区，其氧气浓度也不受外界通风系统变化的影响，该区域可以定义为窒息带。

4 工作面最小推进速度的确定

通过采空区漏风流场的速度分布和氧气浓度分布，结合采空区三带的划分方法，确定采空区“三带”具体范围，并与现场温度取样相互验证，进而确定工作面最小推进速度V：

V=L自/T

式中:

V—工作面最小推进速度，m/d；

L自—自燃带宽度，m；

T—煤层煤样的最短自然发火期，d。

自燃带宽度取决于顶板岩性、工作面推进速度、漏风通风压差，本煤层自燃带的距离为50 m。自燃发火煤层，发火期一般为3～6个月。

代入上式可得：V=0.56 m/d。

即月推进量为16.7 m，在实际生产中该煤层月推进量能达到70～80 m，因此,1302工作面采空区自然发火的可能性极低。

5 结 论

根据现场观测，总结工作面开采过程中自然发火规律为：采空区周边发火率高，中部发火率低；本工作面采空区发火率低，相邻采空区发火率高；两道两线发火率高。

从工作面压能分布的实测数据可见，1302工作面的进回风巷与相邻1301和1303采空区，静压能差均较小，进风巷与1301采空区的最大漏风量只有11 m3/min，回风巷与1303采空区的最大漏风量只有49.1 m3/min，不足以引起相邻采空区的自然发火，基本上实现了1302工作面的进回风巷与相邻1301和1303采空区之间的均压通风。

根据现场测温和取样分析数据得出，采空区20 m范围为不自燃带。各测点温度变化和氧气浓度较大的区域是20～55 m，该区间可以被称为自燃带。超过55 m后的区域基本为压实区，其温度和氧气浓度也不受外界通风系统的变化影响，该区域可以定义为窒息带。

1302工作面的最小推进速度为16.7 m，实际推进速度远远大于最小推进速度，因此,采空区发生自然发火的可能性极低。

参 考 文 献

[1]陈士军，刘宪明.孤岛工作面综放开采过程中自然发火状况分析[J].山东煤炭科技，2010(2)：13-14.

[2]孟祥军，程卫民.深井近距离开采易燃厚煤层二次氧化自燃发火的预控技术[M].北京：煤炭工业出版社，2010:17-18

[3]张传胜，潘传连，朱启宽.厚煤层分层开采煤层自燃发火的综合防治[J].山东煤炭科技，2002(6)：5-6.

[4]樊海燕.大面积采空区煤炭自燃区域防治技术[D].青岛:山东科技大学，2008:37-41.

[5]杨 炎.孤岛综放面采空区“三带”数值模拟与实测研究[J].煤炭技术，2009,28(10)：41-43.

[6]王 雷，杨胜强.采空区自燃“三带”分布规律及其数值模拟研究[J].能源技术与管理，2006(3)：12-15.