放顶煤开采顶煤自然发火机理研究.pdf

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1、怠第141期doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2011．06．014放顶煤开采顶煤自然发火机理研究宋元文(兰州资源环境职业技术学院，甘肃兰州730021)摘要：依据现场考察及矿山压力的有关理论，研究了工作面顶煤中不同位置煤炭自燃氧化的不同特征，将工作面顶煤分成散热区、自燃区和不能自燃区三个区域，并通过对三个区域发展变化过程的研究分析，提出了影响放顶煤开采顶煤自然发火的主要因素。关键词：放顶煤开采；顶煤自然发火；机理中图分类号：TD752．2文献标识码：B文章编号：1005—2798(2011)0

2、6—0040．02放顶煤工作面自然发火不仅在采空区容易发取气体的数据，一直到工作面推到钻场为止。生，顶煤中特别是在支架上方也常有发生。例如：靖远魏家地煤矿综放工作面1997年在1～4号支架上部发生大面积明火；淮南谢桥煤矿综放工作面2000年在25～30号支架上部冒烟，导致综放工作面封闭；阜新五龙煤矿综放工作面2002年在85号支架—^剖面上部出现明火；华亭陈家沟煤矿综放工作面2006年图1工作面顶煤漏风状况考察钻孔布置在3—5号支架上部发生明火，导致工作面封闭。这表1为考察结果，可以看出，支架上方顶煤中沿些案例说明，放

3、顶煤开采顶煤中有形成煤炭自燃氧垂直方向不同位置煤体所含的气体含量(0与CH化的条件。研究顶煤自然发火的机理有助于分析影含量之和)及氧气含量均不相同，沿垂直方向距煤响顶煤自然发火的因素，采取有针对性的预防措施。层底板越远，顶煤中气体含量越小，氧气含量也越小。这说明顶煤中越靠近支架顶梁，裂隙越发育甚1山寨煤矿1101综放工作面顶煤漏风状况至破碎，同时在顶煤中沿垂直方向的不同区域，煤体考察自燃氧化的表现特征也不相同。山寨煤矿1101综放工作面所采煤层为煤5层，表1支架上方顶煤中不同部位气体分布平均厚度20m，最大厚度35．8

4、m，煤层倾角5～15。，煤层节理裂隙发育，属低瓦斯、I级自然发火矿井，煤的自然发火期3—6个月，最短发火期22d。工作面在开采过程中，多次出现顶煤发火征兆。为了加强对支架上方顶煤自然发火的防治，山寨煤矿通过向支架上部打钻，抽取顶煤沿垂直方向不同位置煤体中所含气体，分析其成分变化，考察研究顶煤漏风状况及自然氧化的特征。根据煤炭自燃氧化的机理，煤炭能否自然发火具体考察方法如图1所示，在工作面回风巷选取决于供氧条件和漏风状况：当漏风较大，氧含量大择一段压力比较小的巷道，掘一个2．1m×2．1m×于18％时，煤炭自燃产生的热量

5、不能聚集，不会发2．1m的钻场，从钻场向工作面支架上方顶煤中施生自燃现象；当漏风较小，氧含量大于7％小于18％工孑L径50mm的钻孑L，钻孔内插入D25mm塑料套时，煤炭自燃氧化产生的热量容易聚集使煤体温度管，套管必须下到终孔位置，套管出口端1m加工成不断升高，当这一过程保持时间超过自然发火期就花管，套管内插入束管单管，便于与束管系统相连，会出现燃烧；当氧含量小于7％时，煤炭自燃氧化反钻孔的封孔长度为2m。当工作面推进到离钻场应速度较慢，产生的热量不足以使煤体温度升高至50m时，开始将束管系统与束管单管相连并记录抽燃点

6、，不会发生自然发火现象。收稿日期：2011425-29作者简介：宋元文(1964一)，男，甘肃秦安人，教授，主要从事煤矿开采和安全技术的教学和研究工作。2011年6月宋元文：放顶煤开采顶煤自然发火机理研究第20卷第6期对照这一条件结合表1的考察结果，可以将山自下而上分别为散热区、氧化区和不能自燃区。寨煤矿1101综放工作面支架上方顶煤沿垂直方向随着工作面推进，顶煤三区处于一个不断发展划分为三个区域：距煤层底板12m以上煤体的氧含演变的动态状态，与采空区三区的发展变化有所不量为6．8％，不会发生自燃现象；距煤层底板4m(

7、支同，顶煤三区发展变化是采空区三区发展变化的反架上方1ITI)以内的氧含量为19％，这个区间为散热向过程。采空区三区的发展变化过程是：随着工作区，煤体也不会氧化自燃；距煤层底板4～12m范围面推进，沿放顶线新冒落煤岩体进入散热区，紧接窒的氧含量介于18％～7％之间，这个区间为氧化区，息区的原属氧化区的范围进人窒息区。而顶煤三区有自然发火的危险。的发展变化过程是：随着工作面推进，受采动影响较弱的不自燃区的煤体随着裂隙的增加和裂隙度的扩2顶煤自然发火的机理大进入氧化区，而紧接散热区原属氧化区的范围进顶煤中存在大量的漏风裂隙

8、是放顶煤开采顶煤入散热区。发生自然发火的原因所在。一般说来，煤体裂隙越3影响顶煤自然发火的因素多，漏风将会越大，氧气含量也会越高。根据矿山压力的研究成果，在工作面包括其前方一定范围的顶如图2，从安全的角度考虑，氧化带的最大宽度煤中，由于受采动影响产生的支承压力作用，在工作为￡+：，设工作面的推进速度为，则在I、II带内面顶煤中会产