6 潘一矿2322(3)综放面上风巷顶部采空区

8 潘一矿2322（3）综放面上风巷顶部采空区遗煤发火规律与对策研究8.1立项的背景潘一煤矿在2322（3）综放面上风巷掘进中，由于巷道在采空区内沿底板掘进，采空区胶结顶板与巷帮上部的围岩冒落成松散矸石堆积体，造成巷道四周尤其是巷道顶部存在大量的相互贯通的空洞和空隙，并随着上风巷向开切眼方向的掘进，巷道顶部的孔洞将逐渐增大，漏风通道更加发育（主要是原贮水空间），在整个上风巷的掘进过程中形成的主要漏风通道有：2322（3）综放面上风巷顶部形成一条与巷道并联的漏风通道；在2312（3）综采面采空区靠2322（3）综放面上风巷侧形成一条向采空区连续漏风的通道；在原2312（3）综采面的开切眼与停采线有两条通向采空区内部的漏风通道。

当2322（3）综放面回采后将与2312（3）综采面连通，此时2312（3）综采面采空区将在更大的漏风压差作用下，有更多的漏风量补给。

又潘一煤矿13-1煤层实际最短发火期仅为三个月，因此，在2322（3）综放面上风巷掘进与工作面回采中，如何防止2312（3）采空区遗煤自燃，确保2322（3）综放面安全回采，在此背景提出了“潘一矿2322（3）综放面上风巷顶部采空区遗煤发火规律与对策研究”的课题。

8.2研究的内容⑴应用煤温检测预报技术，在潘一矿2322（3）综放面上风巷布置煤温测试系统，并通过监测上风巷顶部采空区遗煤氧化情况。

⑵用DSC-TG联用技术测试不同粒径煤样吸氧量、放热量与放热速率等参数之间的关系。

⑶建立上风巷顶部采空区遗煤氧化自燃的数学模型，并应用该预测模型预测潘一矿2322（3）综放面上风巷顶煤自然发火情况，并将预测结果与实测结果进行对比分析，验证该预测模型的正确性。

⑷结合模拟与实测情况，提出防止潘一矿2322（3）综放面上风巷顶部采空区遗煤自燃的措施，确保工作面安全回采。

8.3潘一矿2322（3）综放面地质概况8.3.1工作面概况2322（3）综放面位于潘一矿东二采区，含13-1煤层。

该面东起东二13-1西煤下山，西方为2121（3）采空区，南抵下顺槽，北方为2312（3）采空区（上风巷布置在2312（3）采空区内）。

其北方1371（3）工作面正在回采，1361（3）上风巷正在掘进，南下方2161（1）工作面东二端已经收作，东一端即将回采，2171（1）下顺槽正在掘进。

该工作面走向长860m，倾斜长176m，面积151360m2，该面回采时将影响到刘龙集前乡、后乡及桥王自然村。

2322（3）综放面上风巷按照外错方式布置，即将上风巷布置在相邻的已采2312（3）综采面采空区内，其布置情况如图8-1所示。

8.3.2煤层情况本工作面13-1煤层赋存稳定，煤层产状200～205∠7～9°，煤厚5.1～6.7m，平均5.7m。

采空区地段13-1煤底分层厚1.0～2.7m，平均2.0m。

煤层结构复杂，顶部含1层厚0.1～0.45m的泥岩夹矸。

局部地段底部含1～2层厚0.05～0.25m 的夹矸。

8.3.3煤质情况2322（3）综放面煤层煤质情况如表8-1。

8.3.4煤层顶底板情况顶板：该煤层不含伪顶。

其直接顶为砂质泥岩或砂泥岩互层，深灰色，底部含植化，厚度为4.71～9.1m，平均厚度6.9m。

老顶为细中砂岩，灰色，硅质胶结局部夹薄层泥岩，厚度为1.77～8.8m，平均厚度5.3m。

底板：直接底为泥岩、砂质泥岩及12煤，灰～灰黑色，局部泥岩含砂，厚度为3.8～7.4m，平均厚度5.6m。

8.3.5地质构造情况本工作面地质构造比较简单，基本为一单斜构造，煤岩层产状为：200～205∠7～9°，根据掘进时揭露情况及已有资料分析，工作面内发育一条正断层（fa），fb及Fe为工作面边界断层，其产状如表8-2：表8-2 潘一矿2322（3）综放面地质构造产状表8.3.6其它地质情况该工作面13-1煤层自然瓦斯含量14～15m3/t，煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为37～40%，地温为30℃，地压一般，但是11-2煤层未采煤柱对应地段地压可能比较大。

该13-1煤具有自然发火性，自然发火期为3～6个月。

潘一矿2322（3）综放面上风巷按照外错方式布置，即将上风巷布置在相邻的已采2312（3）综采面采空区内，巷道位置与2312（3）综采面下顺槽相错适当距离,如图8-2所示。

图8-2 2322（3）综放面上风巷布置图8.4漏风探测与堵漏技术采空区遗煤自燃与漏风有必然的联系，没有漏风，也就不会存在自燃，这是由遗煤自燃几个必要条件决定了的。

漏风探测，在于找出漏风量和漏风规律，这对煤层自燃的防治有着重要的意义。

也就是说，只有找到了漏风量和漏风规律，才能有的放矢进行防灭火工作。

堵漏就是将探测到的漏风通道密闭封堵，使风流不能进入采空区，从而达到防治遗煤自燃火灾的目的。

8.4.1漏风条件和漏风量漏风产生的条件是：存在漏风通道，且通道两端存在风压差。

漏风也遵循阻力定律，即n∆=RQH∆⋅式中：H∆――漏风风路两端的风压差，pa；∆――漏风量，m3·s-1；QR――漏风风路的风阻，N·s2·m－8；n――漏风风路的流态指数，n=1～2。

由上式可知，漏风量的计算公式为n R∆=H/Q∆式中各符号的意义同上。

从上式可以看出，漏风量随漏风风路两端风压差的增大而增大，随漏风风阻的增大而减小。

因此，为了减少漏风，应该从降低风压差和增大风阻两方面着手采取措施。

8.4.2 SF6漏风检测技术1、SF6漏风探测原理检测漏风的最新方法是采用示踪气体法，即用SF6作为示踪气体检测井下漏风通道和漏风量。

1974年美国首次采用这一技术检测井下漏风，近几年我国也多次应用这一技术来检测工作面漏风和矿井外部漏风，证明它是—种灵敏度较高的方法。

煤矿也运用了这一先进的漏风检测技术进行矿井漏风通道与漏风量检测。

SF6无色、无嗅、无毒，是不燃惰性气体。

它的物理活性大，在扰动的空气中可以迅速混合而均匀地分布在检测空间内。

SF6的检出灵敏度高，使用带电子捕获器的气相色谱仪或SF6检漏仪均可有效地检出(检测精度可达8×10－12)。

另外，SF6在大气小的本原含量极低，约为10-14－10-15 g/ml。

SF6的这些性质，使得人们可以方便、准确地应用它进行矿井漏风检测。

因此，SF6是一种理想的示踪气体。

2、SF6连续释放探测技术本次在测定上风巷顶部的漏风通道沿巷道方向连续漏风量是采用SF6连续释放探测技术进行的。

(1)基本原理连续释放法即在需要检测的井巷风流中连续、定量、稳定地释放SF6示踪气体，然后顺着风流方向，沿途布点采取气样分析SF6气体的浓度变化。

如果沿途不漏风或者向外漏风，则沿途各点风流小的SF6浓度保持不变；如果沿途向内漏风，则沿途各点风流中的SF6浓度变化呈下降趋势。

通过分析SF6的浓度变化情况，即可分析出漏风规律。

如图8－2所示，设在R处释放SF6气体，在1，2，…，n各点采取气样。

若的SF 6释放流量为q ml ／min.通过释放点的风量为Q m 3／min ，则示踪气体图8－2 SF6连续释放漏风探测释放点及采样点示意图的浓度Ｃ为：610qC -⨯Q＝若只因工作面回采使工作面上部与上回风巷顶的漏风通道连通，且漏风风流中不含SF 6，若在B 点释放SF 6，由于巷道沿途不断漏风量的加入，上回风巷BB ’内各取样点的SF 6浓度都在变化。

这样，通过分析各点气样得出SF 6浓度Ci 后，即可按下式计算出该点的风量Q i610-⨯=ii C qQ ( 8-1)式中： i Q —取样点i 的风量，m 3·min -1； i C —i 点的SF 6浓度；q —SF 6释放流量，m1·min -I 。

各点的风量算出后，即可方便地得出每两点间漏入的风量。

实际工作中，可采用更一般的方法计算漏风量。

设取样点i 的风量为Qi ；，SF 6浓度为Ci ，与此相邻的下一取样点i +1点的SF 6浓度为1,+i i C ，两点间漏入的风量为1,+∆i i Q ，漏入的风量中亦含有一定数量的SF 6，其浓度为1,+∆i i C ，则i 十1点的风量为1,1++∆+=i i i i Q Q Q 。

由物质守恒原理，有1,1,11,)(++++∆∆-∆+=i i i i i i i i i i C Q C Q Q C Q)(1,11,1++++∆-∆+=i i i i i i i C C Q C Q 所以i i i i i i i i Q C C C C Q ⋅∆--=∆++++1,111, (8-2)若漏入的风量中不含SF 6，则上式中的01,=∆+i i C 。

这样，可根据式(8-1)计算出l 号取样点的风量，然后根据式(8-2)计算出1、2两取样点间的漏风量，进而求出2号取样点的风量，然后再求出2、3号取样点间的漏风量……逐点向下，求出各取样点间的漏风量，找出漏风规律，以便有的放矢地安排防、堵漏风的措施。

(2)定量释放装置连续释放法的关键是要有一套能连续、稳定、定量地释放示踪气体的装置。

该装置必须有很高的可靠性，保证释放流量稳定在某一设定值，且能灵活地调节释放量。

示踪气体的定量释放装置一般由贮气钢瓶、减压阀、稳压阀、稳流阀和流量计等组成，如图8－3所示。

为提高释放的稳定性，也可在此基础上再增加二级稳流装置和压差监测器。

一般，要求释放装置的稳定释放量可在10～100m1／min 间按需调节，以使其适用于测定100～10000m 3／min 的风量。

图8－3 示踪气体定量释放装置(3)释放点和取样点的选取 用连续释放法检测漏风时，将取样点选择在有风流漏入的巷道，而将释放点选在该巷道的进风口或其主要进风风流中。

如图8—2所示，在回风平巷中，沿风流方向，选取1，2，…，n 个取样点，而将释放点选在该巷道的入风口R 。

为了避免示踪气体的释放与采煤工作面相互影响，释放点R 与工作面出口B 的距离应大于15米。

为了保证SF 6示踪气体在巷道内的空气中充分扩散，第一个点与释放点R 的距离一般应大于40米，其具体位置取决于SF 6在巷道断面中释放的具体位置和巷道中的风速。

3、 用SF6测定上风巷顶部的漏风通道沿巷道方向连续漏风量漏风测定使用中国矿业大学设计的SF 6示踪气体连续稳定释放装置。

漏风测定在工作面上回风巷中进行，各测点布置如图8－2所示。

R 点为SF 6释放点，稳定释放量为15ml/min,当在释放点连续释放20min 后，各采样点同时取样，其漏风测定结果如表8－3所示。

表8－3 堵漏前上风巷各测点的SF6浓度及风量根据表8-3测定结果，可计算出上风巷各测段漏风量、漏风率，结果见表8－4所示。

表8－4 上回风巷相邻测点间漏风计算为了减少2322（3）综放面上风巷漏风的目的，有效地抑制2312（3）综采面采空区内遗煤的氧化和自燃，在上风巷顶煤内注新型高分子材料罗克休构筑防漏隔离墙，在离2322（3）综放面开切眼130m处开始灌注第一道罗克休防漏隔离墙，构筑之后在离该防漏隔离墙2m处掘一条大约2m长的探巷，采用打钻取芯和打钻注水两种方法来检测该防漏隔离墙的隔离效果，随后沿上风巷间隔80～100m依次灌注5道罗克休防漏隔离墙，具体施工整体效果如图8-4所示。