某矿CT101工作面采空区自燃危险区域分析

师传壮

(汾西矿业集团公司)

1 工程概况

CT101工作面为某矿南一采区首采工作面，工作面标高-274.3～-298.7 m。该工作面东临风氧化带，南邻1017采空区，西邻F14正断层(倾角70°，标高0～280 m)，向北靠近26-3#钻孔[1]。工作面对应地面标高为26.79～27.20 m，上方为农田，地势平坦，没有大的河流经过，但人工沟渠纵横，附近分布有王楼、庙前2个村庄。工作面回采时，地面将发生下沉，通过采用矸石充填后，预测下沉深度为0～0.8 m[2-4]。该工作面开采煤层为二叠系下统山西组10#煤层，根据地质资料及煤质化验分析，煤层总厚2.2～3.9 m，煤层结构简单，煤层倾角为2°～10°，平均为6°。工作面煤厚赋存较稳定，煤层厚度为2.2～3.9 m，平均为3.1 m，煤层厚度变异系数为3.8%，煤层可采性指数为1。该工作面在掘进过程中，巷道沿着煤层顶板施工。施工过程中揭露的煤层直接顶以泥岩为主，在机、风两巷中外段直接顶板上方3.2～6.0 m处有一薄层煤线，厚度为0～0.2 m，分布不均，在回采时对顶板管理有一定的影响[5-6]。该工作面走向长2 512 m，倾向长100 m，采用综合机械化采煤工艺，对采空区采用顶板直接垮落法进行处理。为加强沿空留巷的稳定性，在机巷靠近采空区侧进行矸石袋垒砌矸石墙结合锚索+工字钢联合支护方式对顶板进行加强支护。该工作面采用双滚筒电牵引采煤机割煤，平均采高3.1 m，割煤截深0.6 m。工作面采用采充平行作业方式，一刀一充，循环充填，充填步距为0.6 m。

2 CT101工作面采空区自燃危险区域分析

2.1 测点布置

本研究CT101充填工作面沿空留巷采空区自燃危险区域观测点布置如图1所示。工作面风巷内布置3个测点，各测点都设置有热电偶测温系统和束管抽气系统；在工作面液压支架后方布置4个测点，每个测点都设置有热电偶测温系统[7-9]。在设计时，风巷内各测点间距为20 m，支架后每个测点间距为25 m。但由于矿山提供的保护钢管为 6 m/根，实际上风巷内各测点相距18 m；由于支架后方测点布置困难，在现场施工中布置的测点间距与设计有一定的偏差。根据相关施工经验及现场情况，观测站设置于距离最近测点100 m处的巷道内。风巷内设置有测温系统和抽气系统，井下施工前，在地面上将每个测点的热电偶与束管捆绑在一起；在井下施工时将测温及抽气系统用钢管进行保护，在测点处用三通保护。液压支架后方测点由于施工空间的限制，无法采用钢管保护，现场采用PVC管保护。热电偶穿入PVC管中，探头处采用钢管保护。

图1 自然危险区域观测点布置示意

2.2 观测分析

每隔2～3 d对各测点观测1次，采集各测点处的空气样品，并测定氧气含量。分析图2、图3可知：①1#测点温度几乎没有变化，表明在矸石墙后存在1个温度几乎不变的地带，且该处温度并未超过30 ℃；②2#测点的温度在埋深20 m以后开始大幅增大，在埋深45 m以后温度逐渐稳定并趋于降低；③3#、4#、5#测点在埋深10 m左右温度有所增加，在埋深20 m左右温度变化趋于平稳。

图2 测点温度与埋深的关系

图3 5#测点氧气含量变化特征

由现场观测数据分析，若按照采空区自燃“三带”划分标准，可将CT101工作面的采空区自燃“三带”划分为散热带(埋深0～10 m)、氧化带(埋深10～45 m)以及窒息带(埋深45 m以上)。由相关观测结果可知：①CT101工作面采空区自燃“三带”中散热带、氧化带的宽度较小，且过渡较快；②散热带、氧化带呈条带状，散热带和氧化带的最宽处位于沿空留巷与工作面交接处形成的1个三角带；③矸石墙采空区侧有1个较窄且温度几乎不变的常温地带，其长度几乎与矸石墙一致[10]。据此，本研究将采空区内划分为自燃危险区域、自燃威胁区域和无自燃危险区域(图4)。

图4 CTl01工作面采空区温度区域分布示意

对CT101工作面煤样进行氧化升温试验可知，当煤样温度达到40 ℃时，煤体发生缓慢的氧化反应。结合图4分析可知：①自燃危险区的范围为沿空留巷与工作面交接处形成的1个三角带，距离液压支架约15 m，最大宽度约30 m；距离沿空留巷约30 m，最大宽度约20 m；②自燃威胁区域距离液压支架约10 m，宽度约10 m，距离沿空留巷30 m，长度约70 m，呈狭长的条带状分布；其余为无自燃危险区。

通过对CT101工作面采空区自燃危险区域分布规律的研究，认为：①自燃危险区域分布异常，按照传统自燃“三带”理论划分的氧化带并非完全是自燃危险区域；②各区域基本呈条带状分布，无自燃危险区域较长、较窄，自燃危险区域面积较小：③在液压支架后方和矸石墙内侧区域，各有1段温度几乎不变的条带；④自燃危险区域位于留巷矸石墙内侧与液压支架形成的1个三角区域。

3 结 语

根据某矿CTl01工作面特点及其沿空留巷的存在情况，结合现场观测数据，对该工作面采空区自燃危险区域进行了分析。研究表明：该工作面采空区自燃危险区域为留巷矸石墙内侧与液压支架形成的1个三角区域，是工作面防灭火的重点区域。