孟村三帶分析

陜西彬長孟村礦業(yè)有限公司401101工作面煤自燃預警指標分析及采空區(qū)“三帶”測試采空區(qū)“三帶”的正確劃分能夠為煤自燃防治工作的開展提供重要參考，本次觀測采用現(xiàn)場埋管，束管抽取采空區(qū)氣樣，送入氣相色譜儀分析，得出采空區(qū)氧氣濃度變化規(guī)律，研究分析采空區(qū)自熱變化與分布規(guī)律，確定孟村礦401101工作面自燃“三帶”的分布范圍。1、測點布置本次測試束管的布置方式采用從通過工作面的回風隅角沿工作面采空區(qū)傾向布置的方式。綜放面平均長度180m，在工作面支架后部采空區(qū)側(cè)沿傾向共埋入了25、40、70、85架后的4個測點，其設置位置如下圖1。圖1測點布置圖鋪設方法：將2寸無縫鋼管截成每根4m長，兩端焊接快速接頭，將束管管纜和測溫導線一齊穿入套管內(nèi)，套管之間用快速接頭連接牢固，埋入支架后部采空區(qū),采樣器探頭部位用塊煤或道木加以保護。2、采空區(qū)“三帶”劃分方法采空區(qū)“三帶”的正確劃分能夠為煤自燃防治工作的開展提供重要的參考，但對于如何劃分采空區(qū)的自燃“三帶”，目前尚無統(tǒng)一的指標參數(shù)，當前現(xiàn)場常用的劃分方法主要有以下三種：1）根據(jù)氧氣濃度劃分根據(jù)氧氣濃度劃分采空區(qū)“三帶”是目前最常用的方法，相關(guān)的指標參數(shù)如下：=1\*GB3①不自燃帶：O2%＞15%。該區(qū)域具備充足的供氧條件，但由于漏風大造成煤氧化自燃初期產(chǎn)生的微小熱量隨風散失，煤的氧化過程始終停留在緩慢發(fā)展階段，不易發(fā)生煤自燃現(xiàn)象。應該指出的是，以氧氣濃度作為界定不自燃帶和自燃帶的指標，并不是因為氧氣濃度大于某一特定值而不能自然發(fā)火，而是由于該區(qū)域的漏風風速過大帶走了氧化生成的熱量所致，因此不自燃帶也常稱為“冷卻帶”或“散熱帶”。=2\*GB3②自燃帶：15%≥O2%≥5%。該區(qū)域既具備充足的供氧條件，又由于漏風量較小，氧化蓄熱環(huán)境較好，煤的氧化自熱過程得以持續(xù)進行，最終導致煤自燃的發(fā)生。=3\*GB3③窒息帶：O2%＜5%。該區(qū)域由于缺氧，煤氧化自燃過程將無法進行。2）據(jù)根漏風強度劃分根據(jù)國內(nèi)外學者對采場漏風的研究，采空區(qū)“三帶”的范圍根據(jù)漏風流速一般可分為：=1\*GB3①不自燃帶：流速＞0.24m/min；=2\*GB3②自燃帶：0.1m/min≤流速≤0.24m/min；=3\*GB3③窒息帶：流速<0.1m/min。采空區(qū)的漏風強度能夠在一定程度上反映自燃“三帶”特性，但在現(xiàn)場實際測定過程中，由于采空區(qū)內(nèi)設點困難、測量儀器精度不足、采空區(qū)風流方向的不可預見性等因素的影響，測定過程往往無法進行或結(jié)果可信度較低。因此，通過漏風強度劃分采空區(qū)“三帶”的方法的主要是通過計算機數(shù)值模擬得到。3）溫度法有人提出用溫升速率作為采空區(qū)三帶的劃分標準。溫升速率有兩種表述方式：一是指單位時間內(nèi)溫度變化的數(shù)值，表達式為：式中，T1——初始測定的采空區(qū)環(huán)境溫度，℃；T2——后期測定的采空區(qū)環(huán)境溫度，℃；——從T1變化到T2所需的時間，day；——T1到T2的變化值，℃；——溫升率，℃/day。目前，溫升速率法主要是通過在采空區(qū)埋設熱電偶探頭，實現(xiàn)遠距離測溫，以了解采空區(qū)遺煤的溫度變化清況。如果值大，則反映采空區(qū)自燃危險性大，通常認為≥1℃/day的區(qū)域就是氧化帶。第二種表述是指在單位距離內(nèi)的溫度變化，表達式為式中，T1——初始測定的采空區(qū)環(huán)境溫度，℃；T2——后期測定的采空區(qū)環(huán)境溫度，℃；——測點在采空區(qū)的距離變化，day；——在的距離變化范圍內(nèi)溫度的變化值，℃；——溫升率，℃/m。實際上，溫度不宜作為劃分“三帶”的主要指標，因為并非所有的采空區(qū)內(nèi)的溫度都會上升到某一確定的值。一定條件下自燃帶內(nèi)的遺煤存在自然發(fā)火的可能性，但并不表現(xiàn)為很快會升溫自燃，在一定時間內(nèi)，采空區(qū)內(nèi)的溫度不上升并不能認為“三帶”不存在。因此，采空區(qū)內(nèi)的溫度變化只能作為條件適合時的輔助指標。但是，當采空區(qū)溫度有明顯變化的情況下，以采空區(qū)溫度上升速率劃分為好，因為溫度的上升速率變化更能直接說明采空區(qū)煤炭氧化的情況。本次測試結(jié)果根據(jù)氧氣濃度劃分孟村礦工作面采空區(qū)的三帶分布。3、測試結(jié)果觀測過程中，由于其他組束管進水堵塞，束管監(jiān)測到的數(shù)據(jù)太少，無法劃分三帶，所以選擇第八組數(shù)據(jù)，其中25架和80架后埋入的束管進水堵塞，因此只有40架和70架之后的束管有分析數(shù)據(jù)，這兩個測試點分布在采空區(qū)進風側(cè)和回風側(cè)，從現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)以及后期分析的結(jié)果來看，通過這兩個點的數(shù)據(jù)及趨勢預測基本上能夠真實的反應采空區(qū)內(nèi)部氣體分布的規(guī)律，滿足實驗的要求，能夠得出該工作面三帶分布規(guī)律和危險區(qū)域范圍。數(shù)據(jù)的采集工作是在測點安裝完畢后隨即開始的，經(jīng)過一個多月的現(xiàn)場取樣，并對氣樣在地面進行分析，得出了現(xiàn)場采空區(qū)氣體成分數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如下：距工作面距離（米）第八組40#O2濃度第八組70#O2濃度第八組40#CO濃度第八組70#CO濃度0.818.9418.820.00090.00111.518.8118.690.00080.0013318.7218.810.0030.0026317.7217.40.00280.0041617.6317.50.00330.00497.517.8817.320.00430.00567.516.516.350.0050.0061916.2916.180.00470.006510.615.6615.530.00660.006910.614.7515.280.00750.006911.414.6315.340.00730.007612.214.5315.340.00790.007812.214.7114.880.00740.008413.815.4715.840.00820.007614.615.1515.290.00990.009114.614.515.140.009620.009416.214.6914.560.00970.009817.813.9814.340.01060.009417.89.2111.540.01890.014917.87.19.090.0220.018717.86.598.750.02160.01917.87.817.810.01740.017419.47.498.920.01720.015217.659.470.01590.0138217.529.380.01650.01412111.2110.90.01270.01272513.8311.170.01440.01252513.4911.810.01560.01227.413.0313.750.0160.01252912.9814.140.01520.01362913.113.930.0160.01531.412.6913.290.01690.01463312.5313.240.01580.01573312.2713.290.01650.016435.411.7612.950.01670.0163711.5913.180.01720.01543710.8212.510.01610.015739.410.6511.730.01570.01544110.9311.760.01620.01564110.7811.380.01790.014343.410.7411.120.01820.01444510.911.250.01880.01384510.711.190.01920.0174910.3510.840.01870.0164519.9810.870.02040.01065110.0710.020.01910.015452.69.7710.550.01880.016954.29.8110.090.01790.017354.210.0610.420.01970.015955.89.8910.020.02080.016555.810.0110.130.02120.01655.810.4610.120.02110.016457.410.439.920.02060.017859.810.149.710.01980.01959.810.4510.70.01820.017761.411.1110.210.01920.0186311.880.01861.411.770.019864.613.370.014666.212.170.014766.413.140.010767.813.170.010969.414.220.009369.412.720.01227112.530.012772.612.740.010872.613.460.00997412.810.010375.612.590.010275.612.450.013877.212.330.014978.811.320.018878.89.910.016980.49.710.0153829.130.0157828.280.014884.48.060.0141867.960.013888.47.780.0153觀測數(shù)據(jù)的變化曲線如下圖所示：圖2進風側(cè)采空區(qū)氧氣濃度變化

圖3回風側(cè)采空區(qū)氧氣濃度變化圖4進風側(cè)采空區(qū)CO濃度變化趨勢圖5回風側(cè)采空區(qū)CO濃度變化趨勢4、結(jié)論（1）根據(jù)本次觀測，孟村礦401101工作面的三帶分布情況如下表所示：三帶范圍（m）位置不自燃帶范圍自燃帶范圍窒息帶范圍回風側(cè)（70#）<1010-76>77進風側(cè)（40#）<1212-94>95采空區(qū)三帶分布示意圖如圖6所示：圖6采空區(qū)三帶分布示意圖由圖6，可知采空區(qū)氧化自燃帶的寬度，在進風側(cè)自燃帶達80m左右，回風側(cè)為65m左右。由圖可知，采空區(qū)不燃帶寬度較窄，對于工作面，日推進速度在5m左右，因而，遺煤在不燃帶停留時間較短，對于回風側(cè)，工作面在4天即可進入煤氧化自燃帶。（2）工作面的極限推進速度式中：:工作面最小推進速度，m/天；：煤自燃帶最大寬度，m；：浮煤最短自燃發(fā)火期，天。工作面最小推進速度為，當推進速度小于該速度時，就存在自燃發(fā)