崇信县百贯沟煤业防火研究报告(编辑修改稿)

崇信县百贯沟煤业防火研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

3— 3 指标气体分析 仪 实物图 实验 过程 对原煤样进行 破碎并筛分出 40～ 80 目的煤样 50g，将筛分出的 50g 煤样置于铜质煤样罐内，煤样罐置于程序控温箱内，然后连接好进气气路、出气气路和温度探头，检查气路的气密性。 测试时 ， 向煤样内通入 50ml/min 的干空气。 在程序控温箱控制下对煤样进行加热，当达到指定测试温度时，恒定温度 5min 后采取气样进行气体成分和浓度分析。 — 10— 实验 结果及分析 ⑴ 实验原始数据 实验数据 结果 如表 3— 4 所示。 表 3— 4 百贯沟 煤业 1503 综放面 煤 样指标气体 程序升温实验数据 温度 /℃ 气体成分 /ppm CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 C3H8 — 11— ⑵ 气体浓度随温度的变化规律 对 1503 综放 面煤样实验过程中的气体生成情况进行分析 ， 可得 到 其浓度变化趋势如图 3— 图 3— 5 所示： 05000100001500020xx02500030000350004000045000500000 50 100 150 200 250 300 350 400温度 ( ℃ )气体浓度(ppm)COCO 2 图 3— 4 煤样 CO、 CO2 变化趋势图 — 12— 01020304050607080900 50 100 150 200 250 300 350 400温度 ( ℃ )气体浓度(ppm)CH 4C2 H 4C2 H 6C2 H 2C3 H 8 图 3— 5 煤样 CH C2H6 、 C2H C3H C2H2 变化趋势图 ⑶ 指标气体分析与优选 从上 列实验数据及其气体变化趋势 图中 ，不难 分析 得到： ① 1503 综放 面煤样在30℃ 到 ℃ 温度范围的氧化过程中有规律的出现 CO、 CO CH C2H C2HC3H8和 C2H4等 气体，且生成量随煤温的升高基本呈 现 指数上升趋势 ；在 30℃ 到 285℃的温度范围内该煤样没有生成 C2H2气体。 ② CO、 CO CH4三种气体均在 30℃ 时即开始出现。 但是 CH4的生成量相对较小，这是由于煤样 在 采集 、存放一定时间后 ，煤样中本身吸附的 CH4已全部 脱附出来 之 故 ； CO 生成量在低温氧化阶段较小， 但在 煤温达到 150℃ 、尤其 200℃ 之后其生成量迅速 大量地 增加，这说明该温度下煤已经开始迅速氧化，物理吸附已经越来越弱而化学吸附和化学反应则占据了主 导地位。 ③120℃ 时出现少量的 C2H4， 50℃ 时出现少量的 C2H6， 40℃ 时出现少量的 C3H8， 它们浓度 虽然 不大但 它 们 随 着 温度 的逐渐 升高呈现有规律的升 高增加。 ④ C2H2 出现的最晚， ℃ 时 才 开始出现并呈现有规律的变化。 由此换言之， 一旦有 C2H2 出现 ， 则表明 这时的 煤 体局部存在 300℃ 以上的高温 ， 煤 已经发生 了 剧烈的化学反应。 综上 所述 ， 百贯沟 煤业 应以 CO 作为指标性气体，并辅以 C2H C2H2 来掌握煤层的 自燃情况； CO 的出现说明煤已经发生氧化反应， CO 浓度越来越高则表明煤的氧化越来越剧烈， C2H4 的 出现说明局部煤温已达到 120℃ ， C2H2 的出现则说明煤温至 — 13— 少已经超过 了 ℃ ，此时应 积极地 采取防灭火措施。 本章小结 ⑴ 基于氧化动力学方法对 1503 综放 面煤样的自燃倾向性进行了测定， 其 鉴定结果为 Ⅰ 级 容易 自燃。 因此，该 煤 5煤层 的 防灭火 工作 应按 Ⅰ 级 容易自 燃煤层 进行。 ⑵ 在实验室 实验、计算 基础上，预测得到 了 百贯沟 煤业 煤 5煤层的 最短自然发火期为 15d。 ⑶ 于 实验室对煤样进行 了 程序升温控制测试，得出了 各种 气体浓度随温度的变化趋势，分析了煤氧化温度与气体产物的特性，得 到了 百贯沟 煤业 煤 5煤层自燃的 预测预报指标： 即 ① 以 CO 作为指标性气体，并辅以 C2H C2H2来掌握煤 层 自燃情况；② CO 的出现说明煤已经发生氧化反应， C2H4 的 出现说明煤温已经达到 120℃ 以上，C2H2的出现则说明煤温至少已经超过 了 ℃ ，此时应积极 地采取 防灭火措施。 4. 1503 综采工作 面自燃危险区域 判定研究 1503 综采工作面概况 工作面位置及井上下关系 1503综采工作面位置及井上下关系如表 4— 1所示。 表 4— 1 1503综采工作面位置及井上下关系 煤层名称 下煤层 水平名称 ＋ 800 采区名称 一采区 工作面名称 1503 综采（放）工作面 地面标高（ m） +1317～ +1261 工作面标高（ m） +～+920 地面位置 该工作面地表为山地、丘陵。 井下位置及四邻采掘情况 该工作面东北侧为 1501 面采空区，西南侧为三维地震勘探所发现的 DF1逆断层，东南侧为＋ 920 集中运输巷，其余为未开拓区域。 — 14— 回采对地面设施影响 地面为山地、丘陵，回采对地表影响较小。 走向长（ｍ） 1090 倾斜长（ｍ） 150 面积（ｍ 2） 154826 煤层赋存特征 及煤质情况 1503综采工作面 煤层赋存特征 及煤质情况如表 4— 2所示。 表 4— 2 1503综采工作面 煤层赋存特征 及煤质情况 煤层总厚（ｍ） ～ 煤层结构（ｍ） 煤层倾角（度） 21～ 3 7 复杂 13 可采指数 100% 变异系数（％） 稳定程度 较稳定 1503 综采工作面运输道、材料道均为平缓下山，煤层厚度大的变化趋势为由外向里逐渐变厚，煤层色泽为黑色，条痕为深棕色，油脂光泽，呈参差状断口，节理面充填方解石脉，含黄铁矿，局部含炭质泥岩夹矸 1～ 2 层，夹矸平均厚度。 煤质情况 Mad（％） Ａ D（％） Std（％） Q ar（卡/g） 煤岩类型 牌号 4500 半亮型 长焰煤 地质构造及水文地质情况 根据三维地震勘探资料， 1503综采工作面运输道将穿过 DF1逆断层，该断层切割了煤 煤 5，断层走向 NWW～ SSE，倾向 NNW～ SEE，倾角 50176。 ～ 65176。 ，落差 0～ 80m，延展长度 1870m。 1503综采工作面切眼将穿过 DF4逆断层，该断层切割了煤 5，断层走向 NW，倾向 SW，倾角 45176。 ，落差 0～ 5m，延展长度 320m。 除此之外，其它 小褶曲地质构造，预计对 1503面回采影响不大。 根据 1501综采工作面瞬变电磁法探测成果及回采经验分析， 1503综采工作面回采过程中在顶板含水异常区可 能会发生顶板掉水，预计最大掉水量 120m179。 /h，正常 40m179。 — 15— /h。 1503面东南侧为 1501面采空区， 1501面材料道与 1503面回风道之间留设有 20m保护煤柱，预计 1501面老空水对 1503面回采无大的影响。 巷道布置、采煤方法及通风系统 1503面整体呈上山回采，运输道高差 ，平均倾角 8176。 27′；材料道高差，平均倾角 7176。 46′；开切眼向外～ 775m高差逐渐呈增大趋势，高差最大 ，切眼向外 775m处，两道逐渐减小。 运输道为拱形断面，宽度 5m ，高度 3m，用于运煤、运料及进风；材料道为拱形断面，宽度 5m，高度 3m，用于运料及回风；材料道高于运输道 ，两道均采用锚网支护。 1503面采用综合机械化走向长壁综采放顶煤采煤方法。 根据该面地质条件、设备技术性能等，确定 1503面采高为 ，放顶煤高度为 （ 平均煤厚 7m） ，采放比为 1：。 1503面采用 U型全负压独立通风方式。 1503面运输道进风， 1503面材料道回风，计算 需要风量 931m3/min。 采空区自燃 “三带”研究意义 煤 的氧化 自燃必须同时具备四个 充要 条件： ① 煤有自燃倾向性并呈破碎堆积状态存在； ② 适量 的 通风供氧； ③ 良好的蓄热环境； ④ 维持煤氧化过程不断发展的时间。 随着采煤工作面回采生产的不断向前推进，由于矿山压力的作用，其采空区遗煤在空间上将经历散热带、氧化带（可能自燃带或自燃带）和窒息带即通常所说的“三带”，如图 4— 1 所示。 采空区 “ 三带 ” 的位置 将 随 采煤 工作面的推进而 动态 前移， 其氧化带的宽度和前移速度等特性参数 则往往 是煤 层 自燃防治工作的重要数据。 显然，氧化带的宽度越大 ，前移速度越慢， 当 浮煤停留在氧化带内的时间 t 大于该煤层的自然发火期 T 时，这时的煤就有可能自燃。 — 16— 图 4— 1 采空区自燃 “三带” 示意图 于是，结合实验室测定的 煤层自燃 的相关特性参数，开展回采工作面采空区遗煤温度及气样变化规律的研究，分析回采工作面采空区遗煤的自燃氧化状况，判定实际条件下回采工作面采空区“三带”的分布规律，自燃危险区域范围及其形态，研究掌握回采工作面采空区“三带”的宽度和遗煤处于氧化带的时间，对于确定回采工作面的通风方式，优化回采工作面的通风参数，制定回采工作面正常生产过程中的防灭火措施及其装 备，以及确定回采工作面的安全推进速度，确保采空区后部遗留浮煤不出现自燃危险等，皆具有十分重要的现实意义。 采空区 自燃“三带” 划分标准 对于 采空区自燃 “ 三带 ” 的划分 方法，目前， 常用的主要有以下三种： ⑴ 氧气浓度划分法 利用氧气浓度划分采空区自燃 “ 三带 ”， 是目前最常用的方法 之一。 根据有关资料和 《 煤矿安全规程 》 规定，采用的划分依据一般为：散热带的氧气浓度＞ 19%、 自燃带的氧气浓度 在 8%～ 19%之间、 窒息带的氧气浓度＜ 8%。 大量试验表明，采空区氧 气 浓度易于观测，且能代表煤炭自燃的环境，因此，采用氧 气 浓度 划分法是十分合适的。 ⑵ 漏风强度划分法 根据国内外学者对采场漏风的研究， 采空区自燃 “ 三带 ” 的范围根据采空区漏风流速一般可分为： ① 散热带 、 流速＞ ， ② 自燃带 、 ≥流速 ≥，③ 窒息带 、 流速＜。 — 17— 采空区的漏风强度能够在一定程度上反映自燃 “ 三带 ”的 特性，但在现场实际测定过程中，由于 受到 采空区内设点困难、测量仪器精度不 够 、采空区风流方向不可预见性等因素的 综合 影响，测 定过程往往无法进行或 者是其 结果可信度较低。 因此，通过漏风强度划分采空区自燃 “ 三带 ” 的方法 ，目前现场操作较为困难，一般情况下 主要是通过计算机数值模拟得到。 ⑶ 温度划分法 该方法一般 用温升速率作为采空区 自燃 “ 三带 ” 的划分标准。 温升速率有两种表述方式，第一种是指单位时间内温度变化的数值，表达式为：  21TT TK dd  （ 4— 1） 式中 ： T1 —— 初始测定的采空区环境温度， ℃ ； T2 —— 后 期测定的采空区环境温度， ℃ ； Δd —— 从 T1变化到 T2所需的时间， day； ΔT —— T1到 T2的变化值， ℃ ； K —— 温升速率， ℃ /day。 第二种是指在单位距离内的温度变化，表达式为：  21TT TK ll  （ 4— 2） 式中 ： T1 —— 采空区 1 测点的环境温度， ℃ ； T2 —— 采空区 2 测点的环境温度， ℃ ； Δl —— 测点在采 空区 内 的距离变化， m； ΔT —— 在 Δl 的距离变化范围内温度的变化值， ℃ ； K —— 温升速率， ℃ /m。 目前，温升速率法主要是通过在采空区埋设 温度 探头，实现远距离测温，以了解 — 18— 采空区遗煤的温度变化清况。 如果 K 值大，则反映采空区遗煤自燃危险性 就 大， 通常认为 K≥1℃ /day 的区域就是氧化带。 值得指出， 实际上，温度不宜作为划分采空区自燃 “ 三带 ” 的主要指标，。