埋管取样测温法预测预报自然发火

1、 专业技术文件 / Technical documentation 编号： 埋管取样测温法预测预报自然发火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.编制：_日期：_埋管取样测温法预测预报自然发火温馨提示：该文件为本公司员工进行生产和各项管理工作共同的技术依据，通过对具体的工作环节进行规范、约束，以确保生产、管理活动的正常、

2、有序、优质进行。本文档可根据实际情况进行修改和使用。 摘要:根据采空区煤炭自燃理论, 依据生产实践中矿井通风管理实际经验, 从理论、实践2个方面阐述吉林省营城煤矿立井3层煤厚煤层采煤工作面控制煤炭自燃的可行性、可操作性。利用简单易行的埋管取样测温法预测、预报煤炭自然发火, 采取有效措施, 控制煤炭自燃。适用于倾斜长臂后退式开采工作面, 具有准确性和直观性, 具有成本低、操作手段简单、效果相同、经济效果明显等特点, 有一定的推广价值。 关键词:自然发火；埋管取样；预测预报 自燃厚煤层采用综合机械化放顶煤进行开采, 综放支架上部的煤炭是利用地压自然放顶, 再从放煤口放出。这样, 采空区必然残有部分

3、煤炭, 并且采空区冒实状况不好, 风阻值降低, 这就为采空区的自然发火创造了有利条件。 吉林省营城煤矿立井3层煤煤厚412m, 煤种为长焰煤, 煤层自然发火期为13个月, 最短发火期为18d, 自然发火事故频繁发生, 严重威胁着矿井的安全生产, 及早地预测预报采空区的自然发火已迫在眉睫。我们在立井综合机械化放顶煤开采过程中, 采用了埋管取样、预测预报其采空区的自然发火取得了较好的效果。 1 煤自然发火原理 具有自燃倾向性的煤炭与空气接触时, 吸附空气中的氧气而生成不稳定的氧化羟基和羧基。煤的氧化进程平稳、缓慢, 煤重略增加, 着火点温度降低, 化学活性增加, 测不到煤温及其周围环境温度上升,

4、这个阶段称煤的自燃准备期, 又称潜伏斯。经过潜伏期之后, 煤的氧化速度增加, 不稳定氧化物分解成水、CO2、CO。氧化产生的热量使煤温继续升高, 超过自燃临界温度(6080), 煤温上升急剧加速, 氧化进程加快, 出现煤的干馏, 生成芳香族碳氢化合物、氢、CO等可燃性气体, 这就是煤的自热期。自热期的发展达到了煤的着火点温度, 就导致自燃, 产生烟雾、明火等。如温度上升不到临界温度或上升这一温度后由于外界条件的变化, 很快地降下来, 这样就进入风化状态, 风化了的煤一般不会发生自燃。 从煤的自燃发展过程可见, 煤的自燃实质上就是自身氧化加速的过程, 其氧化速度之快, 以致产生的热量来不及向外放

5、散, 而导致了自燃。 2 采空区自然发火“三带”的划分 全部冒落法长臂式后退回采工作面的采空区, 按遗煤自燃情况可分为“三带”即不燃带、自燃带、窒熄带。 (1)不燃带。不燃带靠近回采工作面的开采空间, 虽有遗煤, 但由于冒落岩块未压实, 呈松散堆积状, 孔隙大, 漏风大, 无聚热条件, 加之煤炭氧化时间短, 一般不会自燃, 其宽度在工作面全长中心计算约5m左右。 (2)自燃带。由不燃带向采空区内部延伸2560m的空间, 由于冒落岩块逐渐压实, 孔隙度降低, 漏风减弱, 风流呈过渡流态, 残留在采空区的煤炭随着时间的增长氧化生热, 热量集聚, 达到着火点, 导致自燃。 (3)窒熄带。自燃带之后就

6、是窒熄带, 在此区域内岩块继续压实, 漏风基本消失, O2浓度下降, 煤炭由于缺氧而不会自燃, 即使在自燃带发展起来的煤炭自燃进入此带后也会因缺氧而窒熄, 温度也会由岩块的导热散失而逐渐恢复正常。 “三带”的位置随着工作面的推进而前移。自燃带前移的速度愈慢, 宽度愈大, 浮煤留在此带内的氧化时间就愈长, 愈易自燃。 3 埋管取样测温预测预报采空区自然发火机理 (1)采空区取样。定点、定期采取采空区气体气样进行气相色谱分析, 观察采空区气体成份中的O2、CO、CO2等气体的变化规律(即O2的减少量和CO、CO2的增加量)借以判断某测点控制范围的采空区是否已有自然发火的初期征毙, 营城矿立井把此值

7、定为0.005%(CO浓度), 发火临界值定为0.01%(CO浓度)。 (2)埋管测温法。采空区埋管测温可以直观、准确地测定出高温热源的范围, 不受工作面风量、炮烟等因素影响, 无气样失真的缺点, 与取样分析相结合可做到准确预测、预报回采工作面采空区自然发火。营城矿立井温度临界值定为高于环境10。 (3)划分本工作面采空区的“三带”宽度, 即不燃带、自燃带和窒熄带的宽度。取气样中O2浓度8%为自燃带和不燃带(不燃带氧气浓度为工作面的O2浓度)。“三带”的宽度与工作面的风量、风压、采空区岩石冒落状况以及采空区风阻等因素的关, 每个工作面的“三带”宽度都不一样, 就是同一个工作面, 其“三带”的宽

8、度也随着其采煤工作面风量、风压的变化, 采空区岩石冒落状况的不同而不同。一般情况下, 自燃带距工作面的距离为1030m。 4 埋管取样测温预测预报采空区自然发火工艺 第一组有1、2、3、4号4个取气样口布置在工作面采空区的回风侧, 从开切眼依次15m向工作面排列。随着工作面的开采, 各测点依次进入采空区, 定时分别抽取各测点气样, 气相色谱 分析其气体的变化, 以确定“三带”的宽度及预测、预报采空区遗煤的自燃。 第二组有5、6号2个温度传感器依次等距离20m从开切眼向工作面方向排列, 观察采空区遗煤自然发火规律及确定工作面的最低月进度, 其测点布置如置如图1所示。 图1 取样、测温点布置示意图

9、 上顺躲避所中设一取样箱各管口的标号与采空区取样口标号一致, 用抽气筒抽取气样装人气样袋中, 送到地面气相色谱仪进行分析。下顺采空区的温度传感器由温度屏蔽线连到下顺的温度探头, 再连至地面机房, 连续观察5、6号测点的温度变化。 5 所需设备材料 5.1 取样部分 (1)取气样筒。由高压打气筒改装成抽气筒。 (2)取气样管。直径8mm普通塑料管。 (3)气样袋。暂存、运输气样之用的普通气样袋。 (4)气相色谱分析仪。分析各测点所取气样的各种气体含量。 5.2 测温部分 (1)温度探头(含传感器)采用分离式, 镇江产KG3013A型。 (2)温度屏蔽线。镇江产POY-39-9-1型屏蔽线。 (3

10、)奔腾主机、VGA显示器、打印机。 5.3 辅助材料 (1)?50mm钢管。起保护作用, 取样管、测温线置于其中。 (2)测点保护罩。自制, 保护传感器不被冒落岩石打坏, 取样管口不被煤岩堵严。 6 埋管取样测温预测预报煤炭自然发火试验 6.1 试验区概况 试验地点在营城矿立井二采区3层煤综采放顶煤工作面, 该区右侧为老采空区, 其它均为未采区, 因保留煤柱较大, 故此采煤工作面无外部漏风。 综采放顶煤采煤工作面走向长度500m, 工作面长100m, 煤质为长焰煤, 煤厚10m, 煤层倾角8o12o, 采用综采放顶煤一次采全高的采煤方法, 1999年2月开切眼送透, 8月1日正式开采, 各测点分布见图1。各测点测量结果见表1、表2。 表1 1号、2号、3号气样表 表2 5号、6号温度变化表 从表1、表2可以看出, 采煤工作面推进50m时, 采空区已有自然发火征兆, 高温点在工作面入风侧采空区1525m范围内, 应立即采取防灭火措施。但因该工作面为俯采工作面, 不能采取注浆防灭火方法。虽采取了均压, 下隅角挡风布, 上下隅角抹黄泥堵漏等措施, 因采空区面积大, 局部堵漏效果不好, 加上综放架子不配套, 工作面推进速度过缓, 又采了1个月, 只推进了7m, 最终综放工作面开采8个月, 工作面推进