基于O2和CO浓度综合划定采空区三带

基于O2和CO浓度综合划定采空区三带 20119Sept, 2011 OCO基于和浓度 2, “综合划定采空区三 ”带 ，，陆新晓曹凯吴征艳 ( 221008; 221008)，，中国矿业大学 安全学院江苏 徐州 中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏 徐州 40106 :，，，OCO要采用束管监测方法在采空区后溜子处布置探测点测定指标气体详细了大佛寺 工作面采空区 和 摘2 ，OCO “”:M AX ，MIN 的实际分布情况指出了采用 和 浓度综合划定采空区三带的方法并基于此提出了采用 优化的方式对采2 空区 “”40106 ,，，三带进行了划分并推导计算出了工作面的极限推进速度有效指导了大佛寺煤矿 工作面的防灭火工作 :; ; ; O; CO 关键词采空区自燃区域温度浓度浓度 2 :TD752:A:1674 ) 5876(2011)03) 0048 ) 04中图分类号文献标识码文章编号 “，，煤炭自燃直接损失了大量的煤炭资源危害了矿三方法上都有其自身问不能完全反映出自燃 ”带，，山安全生产据统计国有重点煤矿采空区内发生的煤 ,1,, O的实际分布情况采用最为广泛的 浓度法不能反映 2 60%，炭自燃占煤自然发火总数的近 尤其是近年 ，CO积热和氧化的程度而 浓度法对测试仪器的要求，，来随着高产高效新技术的不断发展矿井开采强度加 ，“”,比较高使得采空区自燃带被人为缩短 ，，大造成采空区范围不断扩大采空区发火危险性急剧 ，，增大严重影响和威胁着矿井的安全生产给矿井带来 1测试系统的现场布置, 巨大的经济损失和人员伤亡为了最大限度地预防采 ，“,2,空区煤炭自燃的发生准确划分采空区自燃三: ( 1 ) 3 采空区煤自然发火需要具备 大条件煤 ”,带显 得十分重要 ; ( 2) ，具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积通风供氧维 40106 401 大佛寺煤矿 工作面为 采区第二个回采 ; ( 3) ，持煤的氧化过程不断发展在煤的氧化过程中生 ，40104 ，工作面位于 工作面以南辅助运输大巷东，, 成热量大量蓄积难以扩散出去准确划分采空区自燃 , 3, 8 m，4 ，侧该工作面采高主采 号煤层上分层全部垮 ，危险区域是矿井防灭火基础工作的重要之一只 ，1 970 m，落 法管理顶板工作面走向长度 切眼长度 ，有较准确地掌握了采空区自燃区域的分布范围才能 200 m，，, 垂直于两顺槽沿煤层倾向布置井田内各煤 ，31 ，，，层为 低变质烟煤属不粘结 有效地制定各种防灭火措施将所需的防灭火材料准 号煤易自燃自然发 火期为 ，确地注入到氧化自燃带就可以有效地防止采空区 3 :5 ，24 d，，个 月最 短 煤 尘 有 爆 炸 性爆 炸 指 数 为 ,自燃 30, 8% , ，工作面瓦斯涌出量大在火与瓦斯共存条件 ，测试系统通过在工作面后溜子处安装监测点为 ，，下火的灾害更显得突出如果火的问题得不到彻底解 ，减小管路的抽气阻力和抽气泵的功率分别在进风和 ，，,决火与瓦斯灾害发生耦合容易引发特大事故 ，200 m回风巷道铺设束管和导线在距离工作面前方 “”，目前划分采空区三带的方法很多但各种 划分 ，O, 浓度来判变化不明显的情况下更多的是依靠测定 处通过抽气泵抽取指标气体和测温装置测温测试系 2 ,3,1 ,统以及测点布置如图 所示 ，O定自燃危险区域采用束管检测系统测试到的 2 3 ,浓度如图 所示 3 图 采空区内氧浓度随工作面推进距离的变化曲线 Fig, 3 The variation curve betweeOn 2 concentration and distance of working facein the goaf 1 ( 1，2，3，4，5，6 m)36 图 测试系统示意图其中测点 间距 Fig, 1 The schematic diagram of tests ystem 3 ，，由图 可知随着工作面的推进冒落岩块逐渐压 为了防止热电偶被采空区冒落的煤岩砸坏以及防，，，，实孔隙密度降低风阻增大漏风强度减弱这一方面 ，止取样束管被压实或被粉煤堵塞以致无法抽取气样 ，，为采空区浮煤自燃提供了充分条件另一方面自燃积 ,，2 应对传感器和预设取样管头进行保护如图 所示，蓄的热量不会迅速散失出去为煤自燃提供了极有利 ; ，的条件但随着工作面的继续推进顶板冒落岩块基 ，，，本压实漏风基本消失各测点氧浓度迅速降低致使 ，“煤自燃过程无法持续发展即进入采空区窒息 ”， ，O“”带因而采用 浓度划分采空区三带是有2 ,一定的科 学依据的 ,4，5,，根据采区的实际情况以及以往的经验结合 40106 ，“”工作面的实际情况将采空区自燃带界 定为 18% ,O , 6% ，3 ( 浓度 将采空区划分为 个区域也即 2 “”) ，4 ,三带如图 所示 1 ) 2in 保护套管; 2 )预设取样束 管; 3 )测温导线 ; 4 ) ; 5 ) ; 6 ) ; 7 ) 快速接头热电偶气孔气体采样器 2图 保护套管设置图 Fig, 2 The schematic diagram of protective casedp ipe 2 现场测定及结果分析 ，，在工作面推进过程中由于顶板来压垮落的顶板 ，2 #，对探头造成一定的破坏导致 测点压坏在工作面 10 m ，推进 后抽不出气样但其他的几个测点的数据还 4 O“”图 依据 浓度划分的采空区三带 2 ，2010 22 : 2010 26 1 2 是完整的通过 年 月 日 年 月 日 Fig, 4 The three zoneisv idded ，OCO 的现场测试获取了采空区 和 浓度的详细分布 in the method uosifn g Oconcentration 2 2 ,情况 :4 “”由图 可知采空区自燃带的分布如下2, 1 O浓度 2 : 76 : 164 m; : 20 : 78 m; : 16 :进风侧中部回风侧 ，采空区氧气浓度的变化直观地反映了采空区的 117 m, ，，漏风状态以及遗煤的氧化环境尤其在采空区内温度 ，，其实采空区内氧气浓度高低只能说明有无氧化 ,7,,8, ，CO ，CO ,，的必备条件不能说明有无积热条件也不能直观此时 几乎检测不到基本都是 2 ，OCO O，明采空区浮煤氧化的程度因而单纯依据 浓度划 通过 和以 划分的自燃危险区域相比不难 2 2 “”,分采空区三带也不是绝对科学的 ，CO , 发现依据 浓度划分的该区域相对要窄主要原因 2, 2 CO 浓度 : ( 1) ，CO 有实验过程仪器精度不是很高使得在很低 ，，CO ，，低温情况下采空区遗煤缓慢产生的 气体很 浓度的情况下由于探测不到使得自燃带的宽度被缩 ,2，6,，，， 少只有在达到一定温度时煤体才会剧烈氧化 ; ( 2) CO COO ，，短了是浮煤与 接触之后的产物因而 2CO, CO 分解产生大量 因而 浓度的变化能直接体现出 , ，CO O的宽度不如 的大所以单纯依靠 浓度划分2 ，CO 采空区煤氧化的程度采空区 浓度随工作面推进 “”,三 带也是有局限性的 5 6 ,距离的变化如图 和图 所示 3综合划定自燃危险区域 O，CO ，综上所述单独采用按照 浓度划分采空区 2 “”，，，三带的方法都有一定的局限性因而最终 按照,9,MIN :M AX，，方法进行优化力求结果接近现实确定 CO 5 浓度随工作面推进距离的变化曲线 图 采空区 1, 其区域范围见表 Fig, 5 The variation curve betweenO C 40106 1 表 工作面自燃危险区域范围 concentration and distance of working facein the goaf Tab, 1 The scope sopfo ntaneous combustion danger zonine 40106 working face O 依据 浓度 CO 浓度:M AX依据 MIN 2 位置/ m/ m划分范围 优化范围 / m划分范围 : 164: 16476 76 进风侧无 20 : 78 17 : 75 17 : 78 采空区中部 16 : 117 20 : 78 16 : 117 回风侧 ，，在氧化升温区浮煤温度会升高但如果工作面推 ，进速度较快氧化升温带在煤温升高到自燃临界温度 ，，之前已移动到窒息带就不会自燃否则将会发生自 V = L / T ，，:燃据此工作面极限推进速度 min minCO “”6 图 依据 划分的采空区三带 :5 ，3 大佛寺煤矿煤自燃发火期为 个月最短为Fig,6 The three zoneiv idded in the method uosifn g CO concentration 24 d, :得出 V = 3, 7 m / d; V = 2, 5 m / d; min进风侧 min中部 5 6 ，，由图 和图 可知随着工作面的推进采空区漏 ，CO ， 风强度相对较小浮煤与氧接触氧化产生了 气体 V = 4, 2m / d;V = V V? min回风侧 min min进风侧 min中部 ，CO ，同时由于顶板冒落逐渐压实使得 集聚之后由于 ? ,3 , 7m / d ) ,2 , 5m / d ) V= V( V ? ? min回风侧 ，，，，顶板冒落完全孔隙率低漏风很小氧浓度低浮煤不 V( V V ( V , 4, 2 m / d) = V( V , 4, 2 m / d) , CO，，CO 再发生氧化产生 因而采空区的 浓度变化情 4, 2 m，，40106 因此工作面日推进距离至少为 实 ，“”, CO 况可以作为划分采空区三带的参考依据 浓40106 : 6 m / d，5 际上 工作面的推进距离达 因而理论 ，“”度 的出现与消失为界限划分的采空区三带区,上是不会发生自燃的 : ; : 17 : 75 m; : 20 : 87 m,域为进 风侧无中部回风侧 ，、但由于具体情况如工作面因机械故障临时停班 ，，CO , 可以看出在进风侧几乎探测不到但这并 ，，等具体情况工作面需要停止推进此时工作面推进速 ，不能说明该区域浮煤没有发生氧化这一方面是由于 0，，度为 整个采空区自燃带都是自燃危险区域因而面 ，CO 进风侧存在较大的漏风强度使得产生的 气体被 ，，对这些情况时需要特别注意应根据划分的自燃危险 ; ，迅速带到采空区中部和回风一侧另一方面由于进风 ，，、 区域重点防范采空区进回风侧可以采取托管注氮，，，侧靠近新鲜风流漏风大氧浓度较高煤氧化的产物 ，灌浆或者喷洒阻化剂或者注三相泡沫把防灭火材料 ,3,徐精彩, 煤自燃危险区域判定理论,M,, 北 京: 煤 炭 工 业 出 版 , ，直接灌注到采空区氧化自燃带做到高效防灭火大佛，2001,社 寺煤矿通过划分采空区危险区域来指导采空区的防灭 XU Jingcai, Coal spontaneous co mbustion theory of dangezor n e ，,火工作取得了很好的效果 judgment,M,, Beijing: Coal ndustry Press，2001, I ，, 卢平张士环高瓦斯煤层综放开采瓦斯与煤自燃综合治理研究 ,4, 4 结论,J,, ，2004，14( 4) :69 ) 74,中国安全科学学报 LU Ping，ZHANG Shihuan, Comprehensive treatment research goans 1) O，通过 浓度划分采空区自燃危险区域存在 2 production and c oal spontaneousco mbustion of h igh gas col a seam 不能反应采空区极热条件和不能反应浮煤氧化程度的 ,J,, China SafetyS cience Journal，2004，14( 4) :69 ) 74, ; CO ，问题通过 浓度的划分能反映煤氧化程度但由于 , 、,J,, 汪东超厚易自燃煤层放顶煤开采瓦斯治理研究能源技术 ，“”,探测仪器的精度等问题使得自燃带被缩短 ，2008( 4) :43 ) 45, ,5, 与管理 WANG Dong, Gas treatment research onc avtoinpg coal mining of 2) :MA X ，2 MIN 通过 的优化方式整合了 种划分 super ) th ick and easy se lf ) ig nition coal seam ,J,, Energy ，、，方法的利弊使划分结果更准确全面得出了采空区 Technology and Management，2008:( 434 )) 45, “”: 76 :164 m; 三带的范围进风侧 采空区中部 ，，, 蒋曙光张人伟陈开岩监测温度和气体确定采空区自燃17 : “”,J,, ，1998，27( 1) :57 ) 三 带的研究中国矿业大学学报 ,6,78 m; : 117 m，16 回风侧 为采空区的防灭火工作提供 59, ,了可靠的保障 JIANG Shuguang，ZHANGR enwei，CHEN Kaiyan, Three zonein s the goaisf confined according to temperature agnda,s J,, Journal of 3) ，CO 虽然采空区中部和回风侧浓度最高可达 China University of Mining and Technology，1998，27( 1) :57 ) 59,陈 ) 3 ( 60 : 80)×10 mL / L，, “”,J,, ，1997，但只要保持工作面的极限推采空区三带划分指标的研究煤炭工程师全 3 ( 3) :12 ) 15, 4, 2 m / d，,7,进速度最小为 采空区的自燃氧化带便能够CHEN Quan, Dividing index research on threze on es ,J,, Coal ，，迅速过渡到窒息带采空区便不会发生自燃大佛寺 Engineer，1997，3( 3) :12 ) 15, 40106 ,工作面的实际开采也证明了这一点 AshokK S，Singh R V K, Mine fire gasi ndices and their application to Indian undergroundc oal mine fires,J,, International Journal of ,8,Coal Geology，2007( 8) :16 ) 24, :参考文献，，，, 褚廷湘杨胜强于宝海等实测采空区温度和气体成分的自然 “”,J,, ，2008( 10) 7: ) 10,三带范围确定煤矿安全 发火 ,1, 王显政, 煤矿安全新技术,M,, 北京: 煤炭工业出版社，2002, 9,,CHU Yanxiang，YANG Shengqiang，YU Baohai，et al, Three zones WANG Xianzheng, New techniques in coal mine,M,, Beijing: Coal of spontaneous ignition is confirmed according to temperature agndas Industry Press，2002, ,J,, Safetyin Coal Mines，2008( 10) 7: ) 10, ,2, , ,M,, : ，2008, 王德明矿井火灾学徐州中国矿业大学出版社WANG Deming, Mine fires,M,, Xuzhou: C hina Mining University Press， 2008, the concentation of Oand COrDividing three zones baseond 2 LU Xinxiao，CAO Kai，WU Zhengyan ( School of SafetyEn gineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China; State Key Laboratory ooalf ReCsources and SMafein ing，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China) Abstact: In this paper，index gasesis tested throughsett ing probe opints along the back chuitne the goaf iwth ther method ofmo nitoring of tube offlu x, Throughd etailed anglicizing of 40106 owrking face，this paper rpoposes to uset he method of concentration of CO andO to divide three zones, Based onth is theory，this paper suggesutssi ng the method 2 of MIN : MA X to divide spontaneousco mbustion zone，andel icit and calculate the speedlimi t of face，which guides the fire control working of 40106 faceseffe ctively, Key words: goaf; spontaneous omb ucstion zone; temperatureO; c oncentration; CO concentration 2 file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt 涵盖各行业最丰富完备的资料文献,最前瞻权威的行业动态,是专业人士的不二选择。 file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt2012/8/26 12:19:58