大型综放工作面采空区自燃危险区域判定研究

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1、http://www.paper.edu.cn大型综放工作面采空区自燃危险区域判定实验研究曹凯1、2，时国庆1、2，汪月伟31．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州（221008）2．中国矿业大学煤炭资源与安全开采重点实验室，江苏徐州（221008）3．中煤集团平朔分公司安家岭一号井工矿，山西朔州（036010）E-mail：caokai_cumt@126.com摘要：通过沿采空区倾向布置温度传感器和取样束管，对综放面采空区的温度和气体进行监测，得出了4106综放面采空区温度和气体参数。在对现场实测数据进行综合分析的

2、基础上，结合Fluent数值模拟技术确定了采空区自燃危险区域，从而为该工作面采空区防灭火工作提供理论依据。关键字：采空区；气体监测；自燃危险区域；数值模拟中图分类号：TD8231.引言煤炭自燃是矿井的主要灾害之一，具有很强的隐蔽性。我国国有煤矿每年因自燃火灾而封闭的工作面超过100个，封在火区内的工作面装置达数千万元，大量的煤炭因火区而冻结；同时，因煤炭自燃而产生的有毒有害气体和引起的瓦斯、粉尘爆炸严重危及井下人员的生命安全。然而，煤炭自燃都经历一个发生、发展的过程。如果能准确得掌握煤炭自燃特性及其规律，在煤炭自燃

3、的初始缓慢聚热阶段对其进行有效控制和处理，势必起到事半功倍的效果，一旦错过这段控制火势的良好时机，火区将会快速发展，火区处理条件和难度迅速恶化与增加。2.工作面概况及特点安家岭一号井工矿主采煤层为低瓦斯易自燃煤层，采面4106工作面采用综采放顶煤回采工艺，其走向长4200m，工作面长300m，平均煤厚7.33m，最厚达16.8m。厚煤层综放回采使得采空区遗留浮煤较多；同时该面煤层埋藏较浅，最浅处为100m左右，地表为原始地貌，上部存在8个小煤窑老采空区，造成地表向工作面漏风复杂，工作面通风为“一源一汇”，这些都增加

4、了煤层自燃的危险性。因此通过对采空区气体监测以及自燃危险区域的确定研究，能够为该工作面采空区的防灭火工作提供科学依据，保证工作面的正常推进。3.采空区气体监测实测方法测试束管和热电偶的布置方式采用从通过工作面的上下隅角沿工作面采空区倾向同时布置的方式[1]。4106综放面平均长度300m，设计在工作面支架后部采空区侧沿倾向共设6个测点，每两个测点的间距为60米，束管和导线分别用于抽取测点气样和测试测点温度，并同时用保护套管保护，防止进入采空区后被压坏。选用的温度探头是WRN型热电偶，http://www.paper

5、.edu.cn通过抽气泵将气体收集，然后送到地面进行气相色谱分析。设置示意图见图1所示。6#1#2#3#4#5#图1测点布置示意图Figure1Arrangementoftestpoint1.采空区实测数据分析由于工作面客观条件的影响，实际可用测点为1#、2#、3#、以及6#，同时由于工作面推进过程中，顶板来压，垮落的顶板对采样头造成一定的破坏，导致6#测点压坏，在工作面推进153米后抽不出气样。从现场实测数据以及后期分析的结果来看，通过这四个测点的数据基本上能够真实的反应采空区内部气体分布的规律，满足实验的要求。

6、4.1采空区温度数据分析由于采空区顶板垮落将采空区中部温度探头压坏，使得无法进行采空区中部温度的测试，但从进风隅角6#测点和回风隅角1#测点的温度数据可以看出，在测距200m的范围，采空区进回风隅角温度在24-27℃之间波动变化，变化幅度不大，除去仪器误差影响，可认为采空区“两道”温度较为稳定，且都低于30℃，回风隅角温度要略高于进风隅角温度，如图2所示。只从温度数据来看，由于温度变化范围小，且最高温度都在30℃以下，结合煤低温氧化的特性来看[2]，在该采空区内部“两道”没有发生煤炭自燃的现象。图2采空区温度变化曲

7、线图Figure2variationcurveoftemperatureingoaf形成这一结果的原因，分析有以下几个方面：http://www.paper.edu.cn（1）位于进风隅角的测点，由于进风流温度较低，而且在进风流端头和采空区之间漏风压差大，漏风量大，采空区遗煤自热的热量不易积聚。（2）工作面推进速度较大（6m/d）,使得采空区遗煤氧化升温难以持续进行而不能自燃。（3）采空区顶板的冒落，包裹了采空区的遗煤，而且矸石的粒度比较小，这样使遗煤与氧气的接触面积大大减少，在一定程度上减慢了遗煤的自身氧化速度。

8、（4）由于工作面的机械作业环境以及人员流动，使得回风隅角比进风隅角温度略有升高。采空区进回风6#及1#测点温度波动变化，变化幅度小，且在正常范围内。同时采空区温度可用测点有限，仅靠两个测点的温度来推断整个采空区温度，缺乏代表性，不能真实的反应采空区的温度分布状态，因此不以温度作为划分采空区危险区域的标准。4.2采空区氧气浓度数据分析由于采空区内部温度的变化不