“110”工法回采工作面采空区漏风规律及“三带”考察

“110”工法回采工作面采空区漏风规律及“三带”考察

刘正超，刚 ,静,罗,虎

（恒源煤电祁东煤矿 安徽 宿州 234000）

摘  要：自然针对”110“工法工作面采空区漏风强度大、漏风范围广、采空区漏风流场复杂、火灾防治困难等特点，利用六氟化硫示踪气体及长距离定向高位钻孔对采空区漏风规律及“三带”进行考察，建立采空区三维模型及煤自燃分级预警体系，实现采空区危险区域精准划分及超前预警，确保”110“工法工作面安全回采。

关键词：“110”工法、漏风规律、采空区“三带”、危险区域划分、超前预警

1．概况

   祁东煤矿为煤与瓦斯突出、自燃发火矿井，工作面采用“110“工法，Y型通风方式，风巷留作下一区段机巷使用，留巷采用U型钢、柔性金属网进行挡矸，外侧进行喷浆堵漏。对比传统的U型通风工作面，留巷段在采空区未压实之前处于开放状态，存在工作面采空区漏风强度大、采空区漏风流场复杂、采空区高氧浓度区域（遗煤氧化升温区域）范围广等特点。采空区自燃风险大，火灾防治范围较传统回采工艺大，采空区“漏风”范围及“三带”测定困难。只有掌握采空区漏风规律和“三带”范围，做到采空区气体实时监测，才能智能预警、超前预防煤层自燃危险。

因此在8237工作面开展”110“工法工作面采空区漏风规律及“三带”考察，研究”110“工法回采工作面及留巷采空区漏风的规律及采空区自燃“三带”的范围，建立祁东矿”110“工法回采工作面煤自燃分级预警指标体系，实现采空区火灾危险区域精准划分、超前预警。

2．采空区漏风规律测定

2.1采空区漏风规律测定方案

采取示踪气体SF6对采空区漏风通道进行测定，根据漏风通道分析情况，选取A、B两个点作为示踪气体释放点。释放点A：机巷煤壁向外20-30m范围内，释放10 ～15分钟，释放气体量200L，设置7处示踪气体采集点，分别为工作面下隅角及工作面内每20架测点,具体见图1。释放点B：下隅角切顶线向里2-3m，释放10 ～15分钟，释放气体量200L。每2小时利用挡矸墙内埋管（防火观察孔）采集留巷段气体，采集时间24小时，具体见图2。

图1漏风观测点布置图1                    图2漏风观测点布置图2

2.2采空区漏风情况

8237 工作面风量由机巷进风隅角和工作面前 15 架范围向采空区漏风，由距工作面 200 米范围挡矸墙及工作面后 15 架漏出。挡矸墙距工作面远端（大于200 米的深部）工作面回采过后，采空区顶板胯落，留巷断面变化，留巷内阻力分布不均匀，留巷内断面小、阻力大巷道风流向采空区渗流漏风，当断面变大、阻力降低后，风量又由采空区流出。

3．采空区“三带”划分

3.1采空区“三带”观测方案

机巷进风侧巷布置一路3芯束管，布置3个测点，测点间距30-40 m，第一路束管取样口距第二路束管取样口36 m，第三路束管取样口距第二路束管取样口30 m。采用2寸无缝钢管作为保护套管，在其中穿入3芯φ10 mm的束管，每根束管负责一个测点的取样，为了防止采空区积水堵塞束管，则每个束管测点抬高0.5 m以上，端头用三通连接，具体布置见图3；留巷回风侧选取高位孔作为三带观测孔，钻孔布置到82煤顶板10-13 m，钻孔长500m，全孔下入φ50 mm套管（内套1寸筛管），带压封孔，钻孔封孔深度不低于10 m，具体布置见图4。

图3机巷进风侧测点布置图                   图4留巷回风侧测点布置图

3.2采空区煤自燃“三带”数值模拟

根据多孔介质流体力学原理，采用ANYSYS Fluent数值模拟软件对8237综采面采空区内部氧气浓度场进行数值模拟，8237综采工作面采空区散热带的分布范围在采空区内距离工作面66~180 m以内，在采空区进风侧由于两侧进风原因，散热带范围相对较深，且留巷段向采空区10m范围内氧浓度较高，可以看为散热带，10-25m氧浓度处于氧化升温带，这个条带一直延伸到模型边界450m。机巷进风侧由于漏风相对较小，散热带较浅。窒息带在距离工作面100~253 m以上的采空区深部，机巷进风侧窒息带的深度相对较浅，约为100 m，在风巷进风侧的深度较深，约为253 m左右。

3.3采空区煤自燃“三带”范围

将现场机巷束管，钻场高位钻孔，风巷留巷段观测孔氧浓度分布及模拟所得“三带”结果进行汇总，得到8237综采工作面采空区“三带”分布对比。现场观测数据中机巷进风侧氧化升温带最深处在距工作面140 m处，最浅处在距工作面52 m处，模拟结果中采空区机巷、风巷两侧氧化升温带最深处距工作面263 m，最浅处在距工作面52 m处。通过对比回风侧的实测与模拟结果，在误差范围内较为吻合。综合确定8237工作面采空区煤自燃“三带”范围如表1所示。

表1采空区煤自燃“三带”划分表

4. 自燃分级预警

西安科技大学在实验室对对不同粒度的煤样混合进行加热升温，在不同温度情况下，测试不同氧浓度煤样的耗氧特性、CO 、CO2 、C2H2 、C2H4 、C2H6 等气体产生量等自燃特性，根据测试结果，将祁东煤矿煤自燃预警划分为六级，分别为潜伏阶段、复合阶段、自热阶段、临界阶段、热解阶段、裂变阶段，最高预警级别为红色预警，具体划分见表2。

表2   自燃分级预警表：

5. 结论

（1）在8237工作面利用定向高位钻孔进行采空区三带测定，在留巷利用SF6测定采空区漏风规律，为采空区危险区域划定、采空区火灾精准防治提供理论依据。

（2）通过对煤自燃特征进行煤自然发火实验、程序升温实验与热重分析实验等相结合的方式测试煤层自燃性，掌握煤层自然发火过程特征参数，探究特征温度下与指标气体之间的对应关系，确定煤自燃危险程度量化识别敏感指标，建立祁东矿”110“工法工作面煤层煤自燃智能分级预警指标体系，为煤自燃危险程度分级预警功能的实现奠定技术支撑。

虽然采用”110“工法工艺后，可以实现采区“两面”、“三面”联合布置，甚至实现采区一翼煤层联合布置，但是对于”110“工法工作面采空区危险区域划分和采空区漏风规律，目前还处于研究阶段。通过祁东煤矿”110“工法工作面采空区漏风及“三带”考察，找到一条可行的采空区“三带”观测方案（用长距离高位定向钻孔进行采空区“三带”考察），初步掌握采空区漏风规律及“三带”分布范围，并建立”110“工法工作面煤层煤自燃智能分级预警指标体系，实现采空区危险区域精确划分，超前预警。下一步在8235工作面及三采区西翼82煤4个块段推广应用”110“工法工作面采空区漏风规律及“三带”考察成果，实现采区一翼煤层联合布置。

参考文献：

[1] 徐彦辉 自燃煤层无煤柱开采防治自燃的技术及应用。煤炭科技，2020，41（4）：94-96。

  [2] 王炯、刘鹏、姜健、孙政 “110“工法回采工作面Y型通风漏风规律研究。采矿与安全工程学报，2021。

作者简介：刘正超（1987—），男，汉族，安徽望江人。皖北煤电集团公司祁东煤矿          

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