北皂煤矿易自燃厚煤层综放采空区自燃氧化_三带_的确定

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北皂煤矿易自燃厚煤层综放采空区自燃氧化󰀁三带󰀂的确定

孟凡和

(龙口矿业集团有限公司,山东龙口265700)

摘 要:通过对山东龙口矿业集团北皂煤矿综放工作面采空区温度变化规律与气体成分变化规律测定,确定综放工作面采空区煤炭氧化自燃󰀁三带󰀂,从而合理确定各种防灭火工艺的具体参数,全面掌握综放工作面防灭火技术。

关键词:综采放顶煤;采空区;自然发火;自燃󰀁三带󰀂

中图分类号:TD75+2.2 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2006)03-0028-03

1 矿井概况

北皂煤矿位于山东省黄县煤田西北隅,行政区划属龙口市。井田水陆交通方便,主要靠公路和水路外运。井田采用的是水平上下山开采。采煤工作面采用走向(倾斜)长壁采煤法。矿井原设计生产能力90万t/a,经过扩建后,2004年核定生产能力240万t/a。

北皂煤矿属于低瓦斯矿井,煤尘具有爆炸性,各煤层均为一类自然发火煤层,极易自燃。煤二最短自然发火期为22d,一般为1~1.5个月。采用中央边界式通风方式,抽出式通风方法。矿井总进风量5951m3/min,矿井负压1810Pa。

测定工作面为煤四4402综放工作面,仰采,工作面走向长度2097m,倾斜长度157.4m,煤层总厚度6.35m,机采高度2.8m。采用综合机械化采煤方法,顶板管理采用全部垮落法。煤层厚度不稳定,为复杂结构煤层,含多层泥岩和炭质泥岩夹矸。所采煤层极易自燃,煤尘具有爆炸危险性,瓦斯等级为低瓦斯矿。

2 采空区温度及气体成分变化规律测定2.1 测点的布置

工作面自然氧化󰀁三带󰀂现场实测方案采用科学的沿工作面倾向全线布点的测定方法,使测定的结果更符合客观实际。采样器和温度探头沿工作面采空区埋设,在工作面上下顺槽及沿采空区侧每隔40m左右布置1个测点,共布置5个测点。具体布置如图1所示。

图1 工作面采空区测点布置示意图

2.2 分析测试

正常情况下每日测取一次温度和气体成分数据,早班入井测定。若有异常,则根据具体情况而定,可在异常测点每日测取2~3次数据。通过束管系统直接抽取气样送入气相色谱仪分析(同时在井下抽取气样至球胆中,带到地面通过气相色谱仪分析,以便对照比较)。同时记录每日工作面的推进度,以便测算工作面的距离。

采用先进的AD5090温度测试系统与KSS!20束管监测系统为现场实测为手段,以色谱及实验室模拟实验机分析采空区气体成分为依据。测试分析的气体成分为:CO、CH4、O2、CO2、以及烷、烯烃类气体。

3 采空区温度及气体成分变化规律分析3.1 采空区O2浓度分析

采空区O2浓度实测结果如表1所示。

由于煤层顶板为松软岩层,采空区垮落时,冒落的顶板压实程度较好,采空区漏风较少,工作面推进9~13m后,O2浓度就迅速减少。各测点在距工作面采空区切顶线超过32m后,O2浓度都下降到7%技术经验 煤矿安全

表1 采空区O2浓度实测数据

序号1234567891011

距工作面距离/m3.17.49.213.219.225.229.732.236.939.345

O2浓度/%

1#20.6719.5818.5413.5611.727.967.326.784.444.323.16

2#20.5219.6518.3213.5612.287.547.115.304.675.153.04

3#20.6318.5618.1113.2412.077.296.524.035.025.332.93

4#20.4718.1618.0514.0611.827.346.815.724.664.443.25

5#20.6818.4617.1313.8812.487.066.325.494.634.353.09

(2006-03)

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从表2分析可以看出,2#测点在距工作面采空区切顶线25m左右时,温度有较大增加,最高达33.2#,结合各种气体实测分析在距工作面采空区切顶线25~32m左右时,各种气体均出现一波峰,说明靠近进风测的2#测点,供氧较为充足,是煤炭氧化自热的主要区域,这一现象符合采空区漏风流动规律。从各测点的温度变化趋势分析,采空区温度测定时,除了2#测点外,其余的温度测点温度变化缓慢,变化速率小。3.3 采空区CO浓度实测分析

采空区CO浓度实测结果曲线如表3所示。

以下的窒息浓度而进入自燃惰化区域。实测结果进入自燃惰化区域的时间顺序为5、3、4、2、1

#

#

#

#

#

表3 采空区CO浓度实测数据

序

号12345678910

距工作面距离/m3.17.49.213.219.225.229.732.236.945.0

CO浓度/10-6

1#055142633271894

2#566172832332155

3#770122025301672

4#67802322251881

5#101111193037413178

测点,充分说明了工作面的采空区漏风流场与漏风变化规律为采空区中部靠进风侧漏风较大,回风侧较少。

根据北皂矿具体的气体成分及参考国内外的划分依据,北皂煤矿采空区氧化󰀁三带󰀂及、以O2浓度为标准划分,其浓度值分别为:

不燃带:>18%;自燃带:7%~18%;

窒息带:<7%

根据采空区O2浓度的分布规律分析,4402工作面采空区󰀁三带󰀂的范围应是从工作面采空区切顶线向采空区的距离:不燃带0~9m,自燃带9~35m,>35m为窒息带。

(1)不燃带的宽度与停留时间较小,4402工作面日推进度为5.6m,即工作面推进2d后,采空区进入了自燃带范围。

(2)自燃带的宽度为26m,在这一宽度范围内,O2浓度为7%~18%,属于煤炭易燃区域。3.2 采空区温度实测分析

4402工作面采空区温度实测结果如表2所示。

表2 采空区温度实测数据

序号12345678910

距工作面距离/m3.17.49.213.219.225.229.732.236.945

温度/#

1#26.526.827.128.330.130.231.231.331.531.6

2#26.527.328.129.330.733.234.134.234.234.2

3#26.727.828.128.330.731.232.132.232.232.2

4#26.827.228.229.730.432.432.532.632.632.7

5#27.427.828.429.131.133.233.233.333.433.3

实测结果表明:

进风测靠近新鲜风流,O2浓度充足,通风供氧条件好,煤的氧化较为强烈,因而进风侧的1#测点CO浓度最高;回风侧的5测点出现最高值;工作面中部处于漏风流线的顶点,O2浓度也略微高一点。CO的浓度分布,符合采空区󰀁三带󰀂的测试结果。各测点在距工作面采空区切顶线25.2m与32.2m处时,均出现一个氧化波峰,有明显的煤炭氧化现象发生,超过32m以后CO浓度逐渐趋于正常。由此可见,采空区煤炭氧化最剧烈的区域为距工作面采空区切顶线13.2~32.2m的范围内,且25.2m与32.2m左右比较严重。3.4 采空区其他气体实测分析

采空区CO2浓度实测结果于CO实测分析相类似,工作面采空区煤炭氧化最剧烈的区域为距工作面采空区切顶线21~35m的范围内,且25m与35m左右比较严重。

采空区C2H2浓度实测结果表明:各测点都出现一波峰,这一区域在距工作面采空区切顶线25~35m之间。根据温度实测结果分析可以得知:高温热源的位置应在距工作面采空区切顶线25~35m,#

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氮气防灭火技术

在开采褐煤煤层底分层综放工作面的应用

付亚平

(呼伦贝尔学院,内蒙古呼伦贝尔021008)

摘 要:就扎赉诺尔煤业公司灵泉矿开采发火期较短褐煤煤层时,探索了氮气防灭火技术在底分层综放工作面的应用,指出了推广前景。关键词:氮气防灭火;采空区;󰀁三带󰀂宽度;注氮

中图分类号:TD752.2 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2006)03-0030-03 安全工作是煤矿生产永恒的主题。扎赉诺尔煤业公司开采褐煤煤层,由于其自然发火期较短,因此,防灭火工作更为主要。随着企业的发展,矿井产量的提高,开采深度的增加,防灭火技术更应逐步增强,各项防灭火措施更应具有先进性和实效性,以确保开采的顺利进行。

灵泉矿自2000年投入综放设备开采以来,时刻把综采防灭火工作放在首位,积极采取各项防灭火措施,确定各项防灭火方案,确保了2个上层回采工作面的顺利开采,提高了煤炭产量,提高了综采工作靠近进风侧的1#~2#测点即工作面第76~105部综放支架之间的范围内;距进风侧较近的1、2测点,C2H4浓度最高。由此分析可见,采空区存在高温的热源点在1#~2#测点附近。

根据北皂煤矿样实验分析可知,当温度上升到130#以上时,煤中才可能释放出C2H4气体。由此分析可知,采空区存在温度超过130#的高温热源点。4 结 论

根据北皂煤矿采空区温度及气体成分变化规律的实测分析可以得出以下结论:

(1)4402综放工作面采空区自燃󰀁三带󰀂的范围为:不燃带<7~13m,自燃带13~35m,窒息带>35m。

(2)进风侧采空区漏风范围要大。即采空区回风侧惰化区要比进风侧早。

(3)从采空区各种气体分析可以得知,各侧点在距工作面13.2~32.2m处,气体都出现波峰,说明

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面的单产水平和管理水平,为今后的生产管理摸索出一套宝贵的经验,在综放上层防灭火工作及瓦斯管理的基础上积累了较为成熟的经验。进入2003年10月,综采工作面搬入十采一面底层开采,该公司在经济极为困难的情况下,为灵泉矿投入了新的综采设备,确保安全生产成为重中之重。而综放底分层工作面防灭火无成功经验可寻,防灭火工作又面临新的课题和挑战。因此,灵泉矿采取了一系列防灭火措施,以确保工作面顺利推进,特别是应用了氮气防灭火技术,对预防开采可燃煤层的发火起到在此附近,有自热氧化的发生。

(4)从采空区温度实测分析可以得知,各侧点在距工作面13.2~32.2m处温度都有波峰,说明此处存在氧化自热现象。2#测点尤为严重。分析可知,采空区靠近进风侧的1#~2#测点之间,供氧比较充足,成为煤炭氧化自热的主要区域。

(5)从气体与温度的实测分析可以得知,进风侧供氧充足,易发生自热氧化现象,气体多出现波峰。符合采空区漏风流动规律。

(6)综放工作面月推进度>48m不会发生自燃,因发火期为1~1.5个月,最短为22d。

(7)影响工作面自然发火的主要因素是推进速度和采空区的自燃风速分布。

作者简介:孟凡和(1962-),汉族,黑龙江人,大学文化,高级工程师,现任龙口矿业集团有限公司副总工程师兼煤业公司总工程师。

(收稿日期:2005-12-31;责任编辑:郭瑞年)