某礦CT101工作面采空區(qū)自燃危險區(qū)域分析

師傳壯

(汾西礦業(yè)集團公司)

1 工程概況

CT101工作面為某礦南一采區(qū)首采工作面，工作面標高-274.3～-298.7 m。該工作面東臨風氧化帶，南鄰1017采空區(qū)，西鄰F14正斷層(傾角70°，標高0～280 m)，向北靠近26-3#鉆孔[1]。工作面對應地面標高為26.79～27.20 m，上方為農田，地勢平坦，沒有大的河流經過，但人工溝渠縱橫，附近分布有王樓、廟前2個村莊。工作面回采時，地面將發(fā)生下沉，通過采用矸石充填后，預測下沉深度為0～0.8 m[2-4]。該工作面開采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組10#煤層，根據(jù)地質資料及煤質化驗分析，煤層總厚2.2～3.9 m，煤層結構簡單，煤層傾角為2°～10°，平均為6°。工作面煤厚賦存較穩(wěn)定，煤層厚度為2.2～3.9 m，平均為3.1 m，煤層厚度變異系數(shù)為3.8%，煤層可采性指數(shù)為1。該工作面在掘進過程中，巷道沿著煤層頂板施工。施工過程中揭露的煤層直接頂以泥巖為主，在機、風兩巷中外段直接頂板上方3.2～6.0 m處有一薄層煤線，厚度為0～0.2 m，分布不均，在回采時對頂板管理有一定的影響[5-6]。該工作面走向長2 512 m，傾向長100 m，采用綜合機械化采煤工藝，對采空區(qū)采用頂板直接垮落法進行處理。為加強沿空留巷的穩(wěn)定性，在機巷靠近采空區(qū)側進行矸石袋壘砌矸石墻結合錨索+工字鋼聯(lián)合支護方式對頂板進行加強支護。該工作面采用雙滾筒電牽引采煤機割煤，平均采高3.1 m，割煤截深0.6 m。工作面采用采充平行作業(yè)方式，一刀一充，循環(huán)充填，充填步距為0.6 m。

2 CT101工作面采空區(qū)自燃危險區(qū)域分析

2.1 測點布置

本研究CT101充填工作面沿空留巷采空區(qū)自燃危險區(qū)域觀測點布置如圖1所示。工作面風巷內布置3個測點，各測點都設置有熱電偶測溫系統(tǒng)和束管抽氣系統(tǒng)；在工作面液壓支架后方布置4個測點，每個測點都設置有熱電偶測溫系統(tǒng)[7-9]。在設計時，風巷內各測點間距為20 m，支架后每個測點間距為25 m。但由于礦山提供的保護鋼管為 6 m/根，實際上風巷內各測點相距18 m；由于支架后方測點布置困難，在現(xiàn)場施工中布置的測點間距與設計有一定的偏差。根據(jù)相關施工經驗及現(xiàn)場情況，觀測站設置于距離最近測點100 m處的巷道內。風巷內設置有測溫系統(tǒng)和抽氣系統(tǒng)，井下施工前，在地面上將每個測點的熱電偶與束管捆綁在一起；在井下施工時將測溫及抽氣系統(tǒng)用鋼管進行保護，在測點處用三通保護。液壓支架后方測點由于施工空間的限制，無法采用鋼管保護，現(xiàn)場采用PVC管保護。熱電偶穿入PVC管中，探頭處采用鋼管保護。

圖1 自然危險區(qū)域觀測點布置示意

2.2 觀測分析

每隔2～3 d對各測點觀測1次，采集各測點處的空氣樣品，并測定氧氣含量。分析圖2、圖3可知：①1#測點溫度幾乎沒有變化，表明在矸石墻后存在1個溫度幾乎不變的地帶，且該處溫度并未超過30 ℃；②2#測點的溫度在埋深20 m以后開始大幅增大，在埋深45 m以后溫度逐漸穩(wěn)定并趨于降低；③3#、4#、5#測點在埋深10 m左右溫度有所增加，在埋深20 m左右溫度變化趨于平穩(wěn)。

圖2 測點溫度與埋深的關系

圖3 5#測點氧氣含量變化特征

由現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)分析，若按照采空區(qū)自燃“三帶”劃分標準，可將CT101工作面的采空區(qū)自燃“三帶”劃分為散熱帶(埋深0～10 m)、氧化帶(埋深10～45 m)以及窒息帶(埋深45 m以上)。由相關觀測結果可知：①CT101工作面采空區(qū)自燃“三帶”中散熱帶、氧化帶的寬度較小，且過渡較快；②散熱帶、氧化帶呈條帶狀，散熱帶和氧化帶的最寬處位于沿空留巷與工作面交接處形成的1個三角帶；③矸石墻采空區(qū)側有1個較窄且溫度幾乎不變的常溫地帶，其長度幾乎與矸石墻一致[10]。據(jù)此，本研究將采空區(qū)內劃分為自燃危險區(qū)域、自燃威脅區(qū)域和無自燃危險區(qū)域(圖4)。

圖4 CTl01工作面采空區(qū)溫度區(qū)域分布示意

對CT101工作面煤樣進行氧化升溫試驗可知，當煤樣溫度達到40 ℃時，煤體發(fā)生緩慢的氧化反應。結合圖4分析可知：①自燃危險區(qū)的范圍為沿空留巷與工作面交接處形成的1個三角帶，距離液壓支架約15 m，最大寬度約30 m；距離沿空留巷約30 m，最大寬度約20 m；②自燃威脅區(qū)域距離液壓支架約10 m，寬度約10 m，距離沿空留巷30 m，長度約70 m，呈狹長的條帶狀分布；其余為無自燃危險區(qū)。

通過對CT101工作面采空區(qū)自燃危險區(qū)域分布規(guī)律的研究，認為：①自燃危險區(qū)域分布異常，按照傳統(tǒng)自燃“三帶”理論劃分的氧化帶并非完全是自燃危險區(qū)域；②各區(qū)域基本呈條帶狀分布，無自燃危險區(qū)域較長、較窄，自燃危險區(qū)域面積較?。孩墼谝簤褐Ъ芎蠓胶晚肥瘔葌葏^(qū)域，各有1段溫度幾乎不變的條帶；④自燃危險區(qū)域位于留巷矸石墻內側與液壓支架形成的1個三角區(qū)域。

3 結 語

根據(jù)某礦CTl01工作面特點及其沿空留巷的存在情況，結合現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)，對該工作面采空區(qū)自燃危險區(qū)域進行了分析。研究表明：該工作面采空區(qū)自燃危險區(qū)域為留巷矸石墻內側與液壓支架形成的1個三角區(qū)域，是工作面防滅火的重點區(qū)域。