采空区“三带”测定在8214综放面的实践应用

力尚全

（大同煤矿集团公司通风处，山西 大同 037003）

矿井内因火灾绝大部分发生在采空区附近，当采空区浮煤具备良好的漏风供氧和蓄热条件时，会造成采空区浮煤自燃。工作面风量不同、煤层赋存不同、采煤方法不同等均会改变采空区“三带”的分布，采用的防灭火方法也有区别。因此，需要准确掌握燕子山矿8214综放工作面采空区自然发火“三带”，以便制定科学有效的8214面防灭火措施。

1 8214综放工作面概况

8214综放工作面煤层结构复杂，厚度不稳定，煤层全厚为7.5～8.4m，有1至5层0.1～1.0m的夹石，平均厚度0.45m，煤层大致走向东西，倾向北，倾角为3°。8214工作面走向长度150m，倾向长度2530m。山西组4#煤层最短自然发火期78d，属自燃煤层，自然发火等级为Ⅱ类。8214工作面计划配风量2050m3/min，实际供风量2230m3/min。8214工作面瓦斯相对涌出量为2.61m3/t，绝对涌出量为0.24m3/min，二氧化碳相对涌出量为3.80m3/t，绝对涌出量为0.35m3/min。通过日常人工检查上隅角CH4浓度0.3%，CO2浓度0.4%，CO浓度12ppm，温度（T）为18℃。

2 “三带”测定

2.1 采空区“三带”测定方法

燕子山矿8214综放工作面采空区“三带”测定前期的数据取样收集，采用在8214面进、回风顺槽埋设采空区束管和热敏探头，测定采空区内温度和O2含量的变化，其方法如图1所示。

在8214工作面上、下隅角分别埋入Φ50mm钢管1趟，并随着工作面的推进加长钢管，管内穿入束管单管1根和热敏电阻1个。取样头的设置如图2所示，取样头为直径Φ108 mm、长250mm的圆柱形钢管，将钢管一端封严，另一端焊上Ф50mm 接头，将取样头钻上无数的小孔，以便气体进入取样头，将热敏电阻和束管单管伸入取样头并用封泥将进口封严。随着工作面的推进，束管埋管逐渐伸入采空区内，采用24h连续取样监测采空区束管和热敏电阻测点的O2含量及温度变化过程，以此划分采空区“三带”范围。

图1 采空区“三带”测定埋管示意图

利用多参数便携式仪器在井下直接测试埋管中束管内的气体浓度，同时取气样送到地面色谱仪上分析气体成分，其方法为：将便携式抽气泵进口端连接埋管中的束管单管，开动抽气泵约2～5min（根据采空区埋管距离决定抽气时间），然后再将便携式仪器连接抽气泵出口端，并记录仪器的数值。如果便携式仪器没有固定的接口，则将便携式仪器放在白色塑料袋中，将抽气泵出口端的管子也放入塑料袋中，用手捏住塑料袋出口，当塑料袋中空气排完后，就可读取仪器的数值。便携式仪器直接测试完后，可将取样球连接抽气泵出口端取样，在取样时，应将取气球胆清洗3次。

图2 取气和测温探头示意图

温度测试可在工作面用测温仪连接采空区埋管中导线，并记录数值，再到地面查表中对应数值，就可得出埋管中热敏电阻温度。

数据的采集、引线、引管在进、回风巷的端头距采面端头支架的距离为100m。组合探头进入采空区3m时，开始进行测试，每天1次，并做好详细记录，绘制T、O2、CO、CH4等浓度的曲线图。

为了防止采空区积水堵塞束管，每个探头抬高0.6m以上。同时在探头外用留有孔的铁箱罩住，以防挤压。

2.2 8214采空区“三带”测定结果

根据上述测定结果通过长达19d的测定工作，将进风侧测点和回风侧测点温度、氧气浓度随采空区深度变化实测数据（见表1）输入计算机后绘制出曲线（见图3、图4）。

图3 8214工作面采空区“三带”进风侧测定结果曲线

图4 8214工作面采空区“三带”回风侧测定结果曲线

2.3 8214采空区“三带”测定结论

根据采空区埋设束管及温度探头，结合采空区“三带”的数学模型解算，利用综合方法划分出8214工作面采空区水平“三带”的范围为：进风侧距工作面25m以内、回风侧距工作面18m以内为通风散热带；进风侧距工作面25～135m之间、回风侧距工作面18～120m之间为氧化带；进风侧距工作面135m以外、回风侧距工作面120m以外为窒息带。从而得出以氧气、温度划分工作面采空区的范围。

3 “三带”测定注意事项

燕子山矿8214综放工作面采空区“三带”测定的核心是利用进、回风顺槽埋设采空区束管和热敏探头测定采空区内温度和O2含量的变化，测试结果是否准确，采集数据是否真实，热敏探头和束管的安装质量是关键所在，也决定了方案实施的成败。为了测定数据的准确，防止采空区积水堵塞束管，每个探头需抬高0.6m以上，同时在探头外用留有孔的铁箱罩住，以防挤压而堵塞束管，造成采空区气体无法采集。保护热敏探头引线的管子，应靠回风顺槽侧沿上帮煤壁挖沟埋设，综放工作面采空区进、回风侧引线端头都采用靠巷道上部吊挂；将取样器放置于保护罩中，可有效的保护热敏电阻不受损坏，并且能够准确掌握采空区温度的变化；将热敏电阻和束管头处用黄泥与外界隔开，确保采集的气样全部来自采空区内部。

表1 8214工作面采空区“三带”测定结果原始记录表

4 结语

此方案在大同煤矿集团公司燕子山矿4#层8214综放工作面的成功应用，能够准确采集采空区不同区域的气体、温度数据，通过采空区“三带”测定结果，结合采空区注氮防火措施，为燕子山矿4#层8214综放工作面防火提供安全保障，对厚煤层大采高综放工作面开展科学合理的防灭火工作具有实践指导意义。