高庄煤矿工作面过断层期间自燃“三带”分布规律研究.pdf

高庄煤矿工作面过断层期间自燃“三带”分布规律研究孙超徐传亮祝传军(济宁市能源局山东 济宁 枣庄矿业集团 高庄煤业山东 济宁)摘 要:随着开采深度增加和机械化水平提高煤矿产量提升的同时增大了矿井灾害发生概率煤炭自燃发火是井下主要危险之一 为研究工作面过断层期间的遗煤自燃规律采用埋设高压胶管的方式掌握采空区的氧气分布情况初步获得自燃“三带”的分布范围采用 有限元数值模拟方法建立采空区三维模型模拟分析采空区的氧气场模拟结果与现场相互验证结果表明:采空区自燃“三带”范围为进风侧:散热带为.氧化带为.窒息带为.回风侧:散热带为 氧化带为 .窒息带为.关键词:煤自燃数值模拟自燃“三带”火灾防治中图分类号:.文献标识码:文章编号:()随着煤矿开采机械化程度增加煤矿各种不安全因素突出火灾是影响煤矿安全生产的重要因素采空区遗煤自燃在煤矿火灾中占比很高是煤矿火灾内因的典型表现形式 采空区遗煤与氧气接触煤的氧化性增强极易发生遗煤自燃 工作面过断层期间导致遗煤增多开采速率减慢加大了遗煤与氧气的接触面积自燃发火的概率呈几何级增加 划分采空区自燃“三带”成了防治采空区遗煤自燃的重要手段本文以高庄煤矿 下 工作面为背景在现场数据测定和数值模拟基础上研究工作面采空区自燃“三带”的分布根据高庄煤矿现场情况提出采空区遗煤自燃的防治措施保证矿井安全高效生产 煤田概况高庄煤矿 下 工作面位于西三采区南部为“三下”煤层工作面可采区域走向长 倾斜长 煤岩层倾角 平均 煤厚.平均.可采储量.万 工作面采用单一走向长壁后退式采煤法全部垮落法处理采空区顶板为一次采全高综采工艺 下 工作面采空区三带分布.测点布置下 工作面采空区“三带”测定采用采空区埋设测温线监测温度和高压胶管抽测气体进行温度和气体监测布置两个测点材料巷和运输巷各 个测点测点布置如图 所示.观测结果分析氧气浓度、风速和温度是采空区自燃“三带”划分图 测点布置的主要依据因为风速为矢量现场实测中不易测试以氧气浓度作为“三带”划分的主要依据分别对比分析材料巷和运输巷测点的氧气浓度两个测点氧气浓度的变化曲线如图、图 所示图 材料巷测点 浓度变化曲线图 运输巷测点 浓度变化曲线结合图 和图 可知随着工作面推进氧气浓度不断下降 由图 材料巷测点曲线在探头进入采空区.内浓度高于为散热带在探头进入采空区.内浓度在 属于氧化带在探头进入采空区大于.时浓度在低于 属于窒息带并在.处 浓度降低至 从图 中可以看出在探头进入采空区距离不足 时浓度高于 为散热带在 .时浓度在 为氧化带在.时浓度低于 为窒息带根据对高庄煤矿 下 煤层采空区不同区域 浓度现场实测数据可得采空区自燃“三带”分布规律如表 所示表 下 工作面采空区自燃“三带”分布规律采空区位置散热带/氧化带/窒息带/进风侧.回风侧 .数值模拟分析在现场“三带”参数测定后通过 模拟软件进行数值模拟测定 下 工作面采空区各种气体浓度与内部流场验证现场测定数据获得准确的“三带”范围.模型构建通过高庄煤矿下 工作面的现场情况建立采空区三维模型模拟分析采空区的氧气场如图 所示图 工作面采空区三维物理模型及网格划分模型 工作面边界条件设置为:进风口设置为 回风口设置为 工作面、采空区、两巷均设置为 三者交接处设置为 采空区视为多孔介质.模拟结果分析图 采空区氧气浓度分布下 工作面采空区内氧气浓度分布规律如图 所示在风流运移的影响下采空区内回风侧的氧气浓度明显低于进风侧的氧气浓度随着工作面不断推进氧气浓度逐渐降低 从进风侧到回风侧的空气氧气浓度降低经过沿途氧气损耗和动量的损失 随着工作面推进回风侧的氧气浓度不断下降 氧气浓度“三带”划分标准:氧化带 散热带大于 窒息带小于 图 采空区自燃“三带”分布根据数值模拟的结果和现场实测数据分析“三带”分布范围相差不大采空区自燃“三带”分布图如图 所示进风侧:散热带为 .氧化带为.窒息带为.回风侧:散热带为 .氧化带为.窒息带为.采空区进风巷散热带宽度大于回风侧散热带宽度进风巷一侧散热带最大深度达到.回风巷一侧散热带最大宽度为工作面后方.通过现场测定和数值模拟的结果对比高庄煤矿下 工作面采空区自燃“三带”分布规律基本一致 工作面自燃火灾预防及自燃火区快速处理技术.安全监测监控.安全监测系统高庄煤矿设有安全监控体系 该体系拥有完整的安全监测、生产监测和管理功能能够搜罗和纪实整个矿山的井下环境参数和生产过程中的实时数据监测与安全生产相关的井下设备保证安全.高庄煤矿束管监测系统安装 束管监测系统作为自燃监测的主要手段定期巡检、的含量、地下空气中的 和其他气体浓度监测点布置:工作面气流即在距煤壁 范围内布置监测点工作面回风角即在工作面切割线外 范围内布置测量点.采样分析勘测点布置:工作面、工作面进口和回风角、回风流监测策略:利用 检测器检测勘测点的 浓度利用红外温度计勘测封闭墙的表面温度 检查员每周完成一次测试、取样和分析每天对工作面和工作面回风角取样分析通过气相色谱分析上述气体样本确定自燃风险.工作面自燃火灾预控技术根据高庄煤矿的实际情况防止工作面自燃的主要措施如下.氮气防火氮气作为惰性气体可以当作预防性氮气放射也可以当作熄灭性氮气放射 目前国内煤矿使用四种制氮装备熄灭体系:地面固定式、地面移动式、地下固定式和地下移动式与地面固定式和地面移动式氮气熄灭体系相比地下固定式和地下移动式氮气熄灭体系具有流动性强、制氮速度快等优点.灌浆防火工作面正常开采时应在符合条件的情况下进行预防性灌浆 当工作面回采出现大规模自燃迹象回采后具备灌浆条件时应从地面灌浆站灌浆.注凝胶防火凝胶防火技术对解决灌浆和注水的渗漏问题效果良好该工艺能够快速有效地控制和扑灭火灾已成为井下必要的防火灭火技术之一.采空区自燃快速处理技术工作面掘进缓慢时可能导致火灾发生 发生火灾时必须按照煤矿安全规程组织灭火和救援.近距离采空区自燃灭火方案火灾地区靠拢生产地区时火灾地区应直接扑灭或隔离避免火灾地区经过采空区残煤、煤柱或封闭巷道延伸到矿井中 遵照监测数据分析并断定火灾地区的位置和边界 工作面自燃时立即用水直接扑灭工作面表面明火减少工作面供气做好注胶前准备.长距离采空区自燃灭火方案加速工作面推进速率利用沙袋填充上部通道中的采空区巷道修筑阻隔墙减少空气泄漏到采空区两道采空区封堵注胶选取均压透风技术减少采空区漏风 结论.对高庄煤矿 下 工作面采空区进行现场数据测定得到采空区自燃“三带”分布进风侧:散热带为.氧化带为.窒息带为.回风侧:散热带为 氧化带为.窒息带为.对 下 工作面采空区进行 数值模拟采空区氧化带与观测结果基本一致.利用安全监控系统、束管监控系统和人工检测相结合监控和预警工作面自燃发火趋势注氮、注浆、注胶防灭火技术相结合形成 下 工作面自燃火灾预控及快速处理体系参考文献:侯晋刚.薄及中厚煤层沿空留巷中切顶卸压技术的应用探析.西部探矿工程():.李栋梁徐超秦鹏.工作面过断层期间自燃与冲击风险管控技术.山东煤炭科技():.王刚程卫民周刚.综放工作面采空区自燃“三带”分布规律的研究.矿业安全与环保():.赵康帅刘迪严栋文等.大采高矿压显现规律顶板破裂分析.科学技术创新():.赵国栋.大采高长工作面矿压显现规律及支架适应性研究.煤炭工程():.赵强周玉金.复杂条件下综放工作面煤自燃防治技术研究.中国煤炭():.作者简介:孙超()男 山东德州人 本科 工程师 研究方向:煤矿安全