埋管取樣測(cè)溫法預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)自然發(fā)火

1、 專業(yè)技術(shù)文件 / Technical documentation 編號(hào)： 埋管取樣測(cè)溫法預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)自然發(fā)火Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.編制：_日期：_埋管取樣測(cè)溫法預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)自然發(fā)火溫馨提示：該文件為本公司員工進(jìn)行生產(chǎn)和各項(xiàng)管理工作共同的技術(shù)依據(jù)，通過(guò)對(duì)具體的工作環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)范、約束，以確保生產(chǎn)、管理活動(dòng)的正常、

2、有序、優(yōu)質(zhì)進(jìn)行。本文檔可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改和使用。 摘要:根據(jù)采空區(qū)煤炭自燃理論, 依據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐中礦井通風(fēng)管理實(shí)際經(jīng)驗(yàn), 從理論、實(shí)踐2個(gè)方面闡述吉林省營(yíng)城煤礦立井3層煤厚煤層采煤工作面控制煤炭自燃的可行性、可操作性。利用簡(jiǎn)單易行的埋管取樣測(cè)溫法預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)煤炭自然發(fā)火, 采取有效措施, 控制煤炭自燃。適用于傾斜長(zhǎng)臂后退式開(kāi)采工作面, 具有準(zhǔn)確性和直觀性, 具有成本低、操作手段簡(jiǎn)單、效果相同、經(jīng)濟(jì)效果明顯等特點(diǎn), 有一定的推廣價(jià)值。 關(guān)鍵詞:自然發(fā)火；埋管取樣；預(yù)測(cè)預(yù)報(bào) 自燃厚煤層采用綜合機(jī)械化放頂煤進(jìn)行開(kāi)采, 綜放支架上部的煤炭是利用地壓自然放頂, 再?gòu)姆琶嚎诜懦?。這樣, 采空區(qū)必然殘有部分

3、煤炭, 并且采空區(qū)冒實(shí)狀況不好, 風(fēng)阻值降低, 這就為采空區(qū)的自然發(fā)火創(chuàng)造了有利條件。 吉林省營(yíng)城煤礦立井3層煤煤厚412m, 煤種為長(zhǎng)焰煤, 煤層自然發(fā)火期為13個(gè)月, 最短發(fā)火期為18d, 自然發(fā)火事故頻繁發(fā)生, 嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn), 及早地預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)采空區(qū)的自然發(fā)火已迫在眉睫。我們?cè)诹⒕C合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采過(guò)程中, 采用了埋管取樣、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)其采空區(qū)的自然發(fā)火取得了較好的效果。 1 煤自然發(fā)火原理 具有自燃傾向性的煤炭與空氣接觸時(shí), 吸附空氣中的氧氣而生成不穩(wěn)定的氧化羥基和羧基。煤的氧化進(jìn)程平穩(wěn)、緩慢, 煤重略增加, 著火點(diǎn)溫度降低, 化學(xué)活性增加, 測(cè)不到煤溫及其周?chē)h(huán)境溫度上升,

4、這個(gè)階段稱煤的自燃準(zhǔn)備期, 又稱潛伏斯。經(jīng)過(guò)潛伏期之后, 煤的氧化速度增加, 不穩(wěn)定氧化物分解成水、CO2、CO。氧化產(chǎn)生的熱量使煤溫繼續(xù)升高, 超過(guò)自燃臨界溫度(6080), 煤溫上升急劇加速, 氧化進(jìn)程加快, 出現(xiàn)煤的干餾, 生成芳香族碳?xì)浠衔铩?、CO等可燃性氣體, 這就是煤的自熱期。自熱期的發(fā)展達(dá)到了煤的著火點(diǎn)溫度, 就導(dǎo)致自燃, 產(chǎn)生煙霧、明火等。如溫度上升不到臨界溫度或上升這一溫度后由于外界條件的變化, 很快地降下來(lái), 這樣就進(jìn)入風(fēng)化狀態(tài), 風(fēng)化了的煤一般不會(huì)發(fā)生自燃。 從煤的自燃發(fā)展過(guò)程可見(jiàn), 煤的自燃實(shí)質(zhì)上就是自身氧化加速的過(guò)程, 其氧化速度之快, 以致產(chǎn)生的熱量來(lái)不及向外放

5、散, 而導(dǎo)致了自燃。 2 采空區(qū)自然發(fā)火“三帶”的劃分 全部冒落法長(zhǎng)臂式后退回采工作面的采空區(qū), 按遺煤自燃情況可分為“三帶”即不燃帶、自燃帶、窒熄帶。 (1)不燃帶。不燃帶靠近回采工作面的開(kāi)采空間, 雖有遺煤, 但由于冒落巖塊未壓實(shí), 呈松散堆積狀, 孔隙大, 漏風(fēng)大, 無(wú)聚熱條件, 加之煤炭氧化時(shí)間短, 一般不會(huì)自燃, 其寬度在工作面全長(zhǎng)中心計(jì)算約5m左右。 (2)自燃帶。由不燃帶向采空區(qū)內(nèi)部延伸2560m的空間, 由于冒落巖塊逐漸壓實(shí), 孔隙度降低, 漏風(fēng)減弱, 風(fēng)流呈過(guò)渡流態(tài), 殘留在采空區(qū)的煤炭隨著時(shí)間的增長(zhǎng)氧化生熱, 熱量集聚, 達(dá)到著火點(diǎn), 導(dǎo)致自燃。 (3)窒熄帶。自燃帶之后就

6、是窒熄帶, 在此區(qū)域內(nèi)巖塊繼續(xù)壓實(shí), 漏風(fēng)基本消失, O2濃度下降, 煤炭由于缺氧而不會(huì)自燃, 即使在自燃帶發(fā)展起來(lái)的煤炭自燃進(jìn)入此帶后也會(huì)因缺氧而窒熄, 溫度也會(huì)由巖塊的導(dǎo)熱散失而逐漸恢復(fù)正常。 “三帶”的位置隨著工作面的推進(jìn)而前移。自燃帶前移的速度愈慢, 寬度愈大, 浮煤留在此帶內(nèi)的氧化時(shí)間就愈長(zhǎng), 愈易自燃。 3 埋管取樣測(cè)溫預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)采空區(qū)自然發(fā)火機(jī)理 (1)采空區(qū)取樣。定點(diǎn)、定期采取采空區(qū)氣體氣樣進(jìn)行氣相色譜分析, 觀察采空區(qū)氣體成份中的O2、CO、CO2等氣體的變化規(guī)律(即O2的減少量和CO、CO2的增加量)借以判斷某測(cè)點(diǎn)控制范圍的采空區(qū)是否已有自然發(fā)火的初期征斃, 營(yíng)城礦立井把此值

7、定為0.005%(CO濃度), 發(fā)火臨界值定為0.01%(CO濃度)。 (2)埋管測(cè)溫法。采空區(qū)埋管測(cè)溫可以直觀、準(zhǔn)確地測(cè)定出高溫?zé)嵩吹姆秶? 不受工作面風(fēng)量、炮煙等因素影響, 無(wú)氣樣失真的缺點(diǎn), 與取樣分析相結(jié)合可做到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)回采工作面采空區(qū)自然發(fā)火。營(yíng)城礦立井溫度臨界值定為高于環(huán)境10。 (3)劃分本工作面采空區(qū)的“三帶”寬度, 即不燃帶、自燃帶和窒熄帶的寬度。取氣樣中O2濃度8%為自燃帶和不燃帶(不燃帶氧氣濃度為工作面的O2濃度)?！叭龓А钡膶挾扰c工作面的風(fēng)量、風(fēng)壓、采空區(qū)巖石冒落狀況以及采空區(qū)風(fēng)阻等因素的關(guān), 每個(gè)工作面的“三帶”寬度都不一樣, 就是同一個(gè)工作面, 其“三帶”的寬

8、度也隨著其采煤工作面風(fēng)量、風(fēng)壓的變化, 采空區(qū)巖石冒落狀況的不同而不同。一般情況下, 自燃帶距工作面的距離為1030m。 4 埋管取樣測(cè)溫預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)采空區(qū)自然發(fā)火工藝 第一組有1、2、3、4號(hào)4個(gè)取氣樣口布置在工作面采空區(qū)的回風(fēng)側(cè), 從開(kāi)切眼依次15m向工作面排列。隨著工作面的開(kāi)采, 各測(cè)點(diǎn)依次進(jìn)入采空區(qū), 定時(shí)分別抽取各測(cè)點(diǎn)氣樣, 氣相色譜 分析其氣體的變化, 以確定“三帶”的寬度及預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)采空區(qū)遺煤的自燃。 第二組有5、6號(hào)2個(gè)溫度傳感器依次等距離20m從開(kāi)切眼向工作面方向排列, 觀察采空區(qū)遺煤自然發(fā)火規(guī)律及確定工作面的最低月進(jìn)度, 其測(cè)點(diǎn)布置如置如圖1所示。 圖1 取樣、測(cè)溫點(diǎn)布置示意圖

9、 上順躲避所中設(shè)一取樣箱各管口的標(biāo)號(hào)與采空區(qū)取樣口標(biāo)號(hào)一致, 用抽氣筒抽取氣樣裝人氣樣袋中, 送到地面氣相色譜儀進(jìn)行分析。下順采空區(qū)的溫度傳感器由溫度屏蔽線連到下順的溫度探頭, 再連至地面機(jī)房, 連續(xù)觀察5、6號(hào)測(cè)點(diǎn)的溫度變化。 5 所需設(shè)備材料 5.1 取樣部分 (1)取氣樣筒。由高壓打氣筒改裝成抽氣筒。 (2)取氣樣管。直徑8mm普通塑料管。 (3)氣樣袋。暫存、運(yùn)輸氣樣之用的普通氣樣袋。 (4)氣相色譜分析儀。分析各測(cè)點(diǎn)所取氣樣的各種氣體含量。 5.2 測(cè)溫部分 (1)溫度探頭(含傳感器)采用分離式, 鎮(zhèn)江產(chǎn)KG3013A型。 (2)溫度屏蔽線。鎮(zhèn)江產(chǎn)POY-39-9-1型屏蔽線。 (3

10、)奔騰主機(jī)、VGA顯示器、打印機(jī)。 5.3 輔助材料 (1)?50mm鋼管。起保護(hù)作用, 取樣管、測(cè)溫線置于其中。 (2)測(cè)點(diǎn)保護(hù)罩。自制, 保護(hù)傳感器不被冒落巖石打壞, 取樣管口不被煤巖堵嚴(yán)。 6 埋管取樣測(cè)溫預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤炭自然發(fā)火試驗(yàn) 6.1 試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)地點(diǎn)在營(yíng)城礦立井二采區(qū)3層煤綜采放頂煤工作面, 該區(qū)右側(cè)為老采空區(qū), 其它均為未采區(qū), 因保留煤柱較大, 故此采煤工作面無(wú)外部漏風(fēng)。 綜采放頂煤采煤工作面走向長(zhǎng)度500m, 工作面長(zhǎng)100m, 煤質(zhì)為長(zhǎng)焰煤, 煤厚10m, 煤層傾角8o12o, 采用綜采放頂煤一次采全高的采煤方法, 1999年2月開(kāi)切眼送透, 8月1日正式開(kāi)采, 各測(cè)點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。各測(cè)點(diǎn)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1、表2。 表1 1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)氣樣表 表2 5號(hào)、6號(hào)溫度變化表 從表1、表2可以看出, 采煤工作面推進(jìn)50m時(shí), 采空區(qū)已有自然發(fā)火征兆, 高溫點(diǎn)在工作面入風(fēng)側(cè)采空區(qū)1525m范圍內(nèi), 應(yīng)立即采取防滅火措施。但因該工作面為俯采工作面, 不能采取注漿防滅火方法。雖采取了均壓, 下隅角擋風(fēng)布, 上下隅角抹黃泥堵漏等措施, 因采空區(qū)面積大, 局部堵漏效果不好, 加上綜放架子不配套, 工作面推進(jìn)速度過(guò)緩, 又采了1個(gè)月, 只推進(jìn)了7m, 最終綜放工作面開(kāi)采8個(gè)月, 工作面推進(jìn)