浅埋藏高产高效工作面采空区自燃三带划分

36

doi:10.3969/j.issn.l672-9943.2019.02.014

2019年第44卷第2期

V〇l.44 No.2

Energy Technology and Management

!埋藏高产高效工作面采空区自燃三帯划3

王利平，刘成武，郭军锋

(陕西煤业化工集团孙家岔龙华矿业有限公司，陕西神木719314)

[摘要]分析了采空区自燃“三带”划分的重要性，结合氧气浓度和风速指标对划分方案进

行了优化。针对试验工作面浅埋藏煤层的地质特点和高产高效的生产条件，确定了

详细的监测方案并予以实施。综合现场实测数据和数值模拟结果，确定了该工作面 采空区的自燃“三带”范围。考察了工作面风量对煤自燃“三带”的影响，采用数值分 析的方法模拟了工作面采用不同通风 的煤自燃“三带”分 。

[关键词]自燃“三带”；浅埋藏；高产高效;数值模拟；综合标

[中图分类号]TD823.2 [文献标识码]B [文章编号]1672-9943(2019)02-0036-02

0引言

的蓄热 蓄热的 的 数值 对，

为 量， 量， 数值 的氧气

将煤自燃氧化采数值计算的科学性，将结

行比

风速作为指 模拟。为 结果和现场

划分。采空区风速

煤自燃严重地威胁着煤矿的生产安全，其中

采空区遗煤引发的自燃火灾起数占60%[1]。采空 区遗煤易通过物理吸附和化学吸附漏风风流中的 氧气发生氧化反应，活化能降低的同时放出热量， 存在引发火灾的可能性[2#$]。U型通风系统的采空 区，按遗煤自燃的危险性可将采空区划分为窒息 带、氧化带和散热带[5]。采空区自燃“三带”科学准 确地划分可以有效地指导井下的防灭火工作。在

工 应

为

中，以氧气 ，

为划分标准的方法

为基础，结合理准确。

有效[6]。以

以通过

合适的采空区空气渗透率数值，并以此为

模拟出散热带分布情况。

氧化带与窒息带之间的界限，以煤自然发火的 供氧条件为 快，气

量依据，故以采空区埋管实测出

工作

采用氧

的氧气体积分数为指标。

情况下采空区不易自然发火，

10.作为氧化带与窒息带之间的界限。为

模

工作面风量为1 108.8、

合对采空区流场的数值模拟，从 地划分了采空区自燃“三带”的

研究工作面风量对煤自燃“三带”的影响，采用数 值分析的 分布规律。

1 478.4、1 663.2、1 848 m3/min 时的煤自燃“三带”

1矿井概况

矿井

12

区，盘区采 的 区 井 工作面为2-2煤201 ， 工作 地 的 ， 工作 3.0~3.8m， 退式回采，. 煤层为I

72 m，

， 以

为 ， 、 采 ， 为

采 2-2 煤

，由

采。低和

进风斜井进风，通过回风立井回风，全矿井划分为

3现场实测

2

监测束管铺设如图1所示。

辅运顺槽

3.1监测方案

区 5个回采工作

0~3〇。工作面采用后

11.2 m/d，产量 13 230 t/d。易自燃煤层，自发火期为32d。采用

风量为1 349 m3/min。

U型下行通风方式，

2 “三带”划分方法

氧化带与散热带之间的界限，以煤自然发火

2019年4月Apr., 2019

王利平，等浅埋藏高产高效工作面采空区自燃三带划分

37从图1可以看出，在主运输顺槽和回风顺槽 内各铺设1趟束管，采样头间距为18 m，每个巷 道内布置3个。伴随着工作面的回采，采样头逐步 埋人采空区内。当采样头全部埋人采空区时开始 取气，当取样分析结果中氧气体积分数小于101 时才结束取气。

3.2回风侧氧化带与窒息带的划分

在实验期间，每天早班测取1次各个测点的 氧气浓度数据。如数据有异常，则根据具体情况， 每日测取2~3次数据 气 采空区中的气体抽人

中，通过氧气

、多参数

测定仪测定球胆中的氧气浓度。

现场对取自采空区中的气体

析，出每次取样分析结

析结果中氧气浓度

测点进人采空区的距

析，

出

氧气浓度随采样点 工作面距 的

，如

图2

。

18 __________________-----------------------------------------\"=-1.77 #n(«)+16.415

4 _________________________________________2 _________________________________________

,_____|_______|_______i_______i_______i_______i

20 40 60 80 100 120

距离/m

图2采空区回风侧氧气浓度拟合曲线

据图2分析可知，当采样头埋人采空区的

距离大于73.6 m时，所测的氧气体积分数都低 于105。 回风侧氧

为 73.6 m〇

4数值模拟

在

验工作面采空区气体

实测时，由于主运顺槽采空区内 以

空

区中的气体

现场实测得到主运顺槽侧

的氧 。 氧采取数值模拟的

分。

4.1建立模型

验工作面采空区的2D物理模型，

采空区长300 m，工作面长295 m。以采空区走向

为！ 工作面

为\"

个米空区以 ! 为 风 主运顺槽

风

流人采空区，在工作面回风侧由采空区流人工作

面空间。采空区的

3个

设定为固壁。

4.2进风侧氧化带与窒息带的划分

数 时 采空区

分数回风侧采空区氧

的分

与

现场实测

73.6 m

数

的煤自燃分 现场实测 样采用氧气体积分数10 5作为氧 的划分步

风侧氧

的分界

。

风 氧

的

距 工作面

135.3 m。

4.3散热带与氧化带的划分

工作面回风侧采空区的实测数据， 数

时的采空区

分

数。

以

的采空区

分 数为基础，对

采空区的风

场

数

以风速>0.24 m/min为指标，对试验工作面 采空区 氧 分 风侧采空区散热带和氧化带的分界线距离工作面为9.2 m， 回风侧距离工作面为9.5 m。

验工作面采空区自

范围:试验工

作面回风侧采空区散热带为0~9.5m，氧化带为 9.5-73.6 m

验工作面进风侧采空区 为 0~9.2 m，氧化带为 9.2~135.3 m。数据

性

以氧体积分数 划分试验工作面采空区的自 氧气体积分

数185作为划分

自的

氧气体积分数105作为划分自 的

’出进风侧自 范围为26~93 m，回风侧自燃

范围为20~86 m 综合分析，采空区自燃带

实测范围为20~93 m。

最终结合各项 分出采空区自 三带”

范围为18~93 m 中 <18 m，氧 ％

20~93 m，窒息带 >93 m。

4.4工作面风量对采空区煤自燃“三带”影响

随着工作面风量发生 工作面两端的压差 也将发生

漏人到采空区的风量随之发生变

而影响采空区煤自 分布。为了研究在工作面推进度不变情况下，风量对采空区煤自燃

的影响，分别

风量为1 108.8、1 478.4、1 663.2、1 848 m3/min 时的“三带”分布情

(下转第133页)

2019年第44卷第2期

V〇l. 44 Uo.2

能源

距离贯通工程。通

与

133

[参考文献]

Energy Technology and Management

度达14 000 m， 过对贯通过

的误差因素进行分析，根据

后实测水

向上实际

地质条件、仪器精度、人为误差等因素制订相 的应对措施，从而提高测量精度。向上实际偏差值为400 mm， 偏差值为258 mm，

实践证明，本次 测量规程》所允许的偏差。

工程是准确、有效的。

[1] 李兴国.大型 [2] 孙金礼，陈杰.

测量方法与误差分析[J].

，2012，40(7) 93-95.

测量精度分析及技

J].煤炭科学技术，2010,38(6): 112-114.

[作者简介]

实际偏差值均小于《煤矿

陈二龙（1982-)，男，工 绘工程专业，主要从事

， 山东 大学测

测量管理与技术工作。

[收稿曰期&2018-08-29]

(上接第37页）

氧化带范围随风量的变化情况如图3所示。

864208642^—IT—IT—IT—IT—I面9.2 m，回风侧距离工作面9.5 m。

(4)

实测和模拟结果得出试验工作面采空

区进风侧散热带距离工作面0~9.2 m，氧化带距离 工作面9.2~135.3 m，窒息带距离工作面>135.3 m; 回风侧采空区散热带距离工作面0~9.5 m，氧化 带距离工作面9.5~73.6 m，窒息带距离工作面 >73.6 m。

(5)

模拟了工作面风量在1 108.8、1 478.4、

1 663.2、1 848 m3/min 采空区自燃“三带”的分布

o

日

/(■M)¥lxle^^Ylf

o o o

ooooo♦氧化带起始线 ■氧化带终止线 1

^----♦

1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000

情况。伴随工作面进风量的增大，工作面两端的漏 风压差也随之增大，进向采空区的漏风量增大，

散热带和氧化带宽度也随之变大。氧化带起 始线和终止线与工作面的距离，随风量呈线性增 大的关系。

[参

考

文

献

工作面风量/(m3/min)

图3工作面风量增加氧化带变化趋势

从图3可以看出，随着工作面进风量的增大， 工作面两端的漏风压差也增大，向采空区的漏风 量增大，散热带和氧化带宽度也随之变大。氧化带 起始线和终止线与工作面的距离，随风量呈线性 增大的关系。

]

[1 ]迟恩波.我国煤矿安全生产的保障一矿井火灾的防

治[J].中国高新技术企业，2008(18)99.[2

出 [3

.

2008.的 [5

2008.[6

，之

“三带”的实 (1) 1-5.[作

者

简

介

* . ， 1990.

M].徐州：中国矿业大

M].徐州：中国矿业大学出版社，

5结论

(1)

通过对试验工作面回风侧采空区氧气浓

度实测，以氧气浓度10%为临界指标，划分出回 风侧采空区氧化带和窒息带的分界线为距离工作

面 73.6 m。

(2)

对试验工作面采空区氧气浓度分布进行

数，以氧气

了数值模拟，通过比对回风侧采空区氧气浓度实 测结果，确定了合理的采空区

浓度10.为指标，模拟 进风侧采空区氧化带

和窒息带的分界线距离工作面135.3 m。

(3)

值模拟，以风速>0.24 m/min为指标，模拟

采

[4]王俊峰，邬剑明，靳钟铭.一种预测采空区自燃危险区

CFD 的 J]. ,2009,

34(11):1483-1488.

.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，

，

.以氧指标划分采空区自燃

J]. ，1998,18

对试验工作面采空区风速分布进行了数

]

王利平（1977-)，男， 工 ，毕业于西安科技大

空区散热带和氧化带的分界线在进风侧距离工作

学，主要从 工作。

[收稿曰期&2018-08-02]