“Y”型综采面新老采空区遗...氧化特点及瓦斯浓度分布规律_张天明.pdf

第42卷第03期2023年03月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.03Mar.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.03.033“Y”型综采面新老采空区遗煤自燃氧化特点及瓦斯浓度分布规律*张天明1，杨胜强2，3，罗仁俊1（1.潞安环保能源开发股份有限公司 漳村煤矿，山西 长治046204；2.中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州221116；3.中国矿业大学 安全工程学院，江苏 徐州221116）摘要：采动影响下“Y”型综采面新老采空区之间的隔离煤柱产生大量裂隙，使新老采空区之间导通，引起漏风和老空区积聚瓦斯的大量涌出，不仅增加了新老采空区的自燃隐患，同时可能导致工作面回采过程中回风流瓦斯超限和采空区复合灾害区域扩大，因此，开展“Y”型综采面采动影响下新老采空区的遗煤自燃特点及瓦斯分布规律研究具有十分重要的意义。创建了漳村煤矿26采区2603和2601工作面新老采空区的观测系统，通过现场测温取样分析，得出采动影响下隔离煤柱两侧新老采空区的瓦斯与氧气浓度分布规律，揭示“Y”型综采面老空区遗煤的二次氧化特点及其演变规律，确定采动影响下老空区遗煤二次氧化是“Y”型综采面的最大自燃隐患，且老空区积聚瓦斯进入“Y”型综采面采空区，增大了“Y”型综采面采空区的瓦斯可爆带范围，增加了采空区煤自燃引燃或引爆瓦斯的复合灾害危险性。关键词：老空区；隔离煤柱；瓦斯浓度分布；二次氧化中图分类号：TD752；TD712文献标志码：B文章编号：1008 8725（2023）03 178 04Spontaneous Combustion and Oxidation Characteristics of Coal Relicsin Old and New Mining Areas of Y Type Comprehensive Mining Faceand Gas Concentration Distribution LawZHANG Tianming1，YANG Shengqiang2，3，LUO Renjun1（1.Zhangcun Coal Mine,Shanxi Luan Environmental Protection Energy Development Co.,Ltd.,Changzhi 046204,China；2.State Key Laboratory of Coal Resources and Safety Mining,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China；3.School of Safety Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China）Abstract:Under the influence of mining,a large number of cracks are produced in the isolated coalpillar between the new and old goaf of Y type fully mechanized mining face,which leads to airleakage and gas accumulation in the old goaf,which not only increases the hidden danger of spontaneouscombustion in the new and old goaf,but also may lead to the excessive return air gas and the expansionof the compound disaster area of the goaf in the mining process of the working face.It is of greatsignificance to study the spontaneous combustion characteristics and gas distribution law of residualcoal in new and old goaf under the influence of Y type fully mechanized mining face.Theobservation system of new and old goaf of 2603 and 2601 working face in No.26 mining area ofZhangcun coal mine is established.Through on-site temperature measurement and sampling analysis,thedistribution law of gas and oxygen concentration in new and old goaf on both sides of isolated coal pillaris obtained under the influence of mining.The secondary oxidation characteristics and evolution law ofresidual coal in the goaf of Y type fully mechanized mining face are revealed,and it is determined thatthe secondary oxidation of residual coal in the goaf under the influence of mining is the biggest hiddendanger of spontaneous combustion in Y type fully mechanized mining face.In addition,theaccumulated gas in the old goaf enters the goaf of Y type fully mechanized mining face,which increasesthe range of gas explosive zone in the goaf of Y type fully mechanized mining face,and increases therisk of compound disaster caused by coal spontaneous combustion or gas detonation in the goaf.Key words:old goaf；partition coal pillars；gas concentration distribution；secondary oxidation0前言采动影响下“Y”型综采面新老采空区的隔离煤柱产生大量采动裂隙，引起新老采空区之间的漏风和老空区积聚瓦斯涌出，不仅可能导致老空区遗煤二次氧化引起的自燃灾害，同时可能导致受采动影响引起老空区顶板下沉挤压积聚瓦斯，引起工作面的瓦斯超限，因此，开展“Y”型综采面采动影响下新老采空区瓦斯与氧气浓度分布演变规律及其灾害防*国家重点研发计划项目（2018YFC0807900）；双一流建设自主创新专项（2018ZZCX05）178第42卷第03期Vol.42 No.03“Y”型综采面新老采空区遗煤自燃氧化特点及瓦斯浓度分布规律张天明，等治研究，具有十分重要的意义。1工作面概况及问题的提出2603工作面位于26采区的中部，南侧为26采区大巷，北侧为井田边界（文王山南断层），东侧为2601工作面老空区，西侧为未采区。2603工作面开采煤层属二叠系下统山西组下部的3#煤层，煤层埋深523559 m。2603综采面通风系统为“Y”型，瓦斯治理方式为“Y+高抽巷”，相邻的2601工作面老空区已经封闭。2601老空区遗煤已经经历了工作面回采过程中的一次氧化，在2603工作面回采过程中又经历隔离煤柱漏风引起的二次氧化，同时2601老空区将积聚大量卸压瓦斯；为了掌握“Y”型综采面新老采空区在采动影响下的遗煤自燃氧化状况以及瓦斯浓度分布规律，消除新老采空区的自燃与瓦斯隐患，必须建立新老采空区在采动影响下的测温取样观测系统，分析评判老空区遗煤的自燃氧化状态，确定采动影响下新老采空区的瓦斯与煤自燃主要隐患，从而保障“Y”型综采面的生产安全。2建立“Y”型综采面新老采空区测温取样观测系统“Y”型综采面新老采空区测温取样观测系统的测点布置示意图如图1所示，在“Y”型通风的2603综采面新老采空区之间，建立2603工作面采空区与2601老空区的动态测温取样观测系统。2601老空区第1个测温取样点位于2603进风巷距离工作面80 m左右的位置，相邻观测点间隔8 m，共布置测点1和测点2共2个测温取样点；2603采空区第1个测温取样点位于回风巷距离工作面10 m的柔膜墙里，共布置测点3和测点4共2个测温取样点，2个测温取样点相距10 m。图1“Y”型综采面新老采空区测温取样观测系统的测点布置示意图3“Y”型综采面新老采空区测温取样观测数据及其分析当2601老空区测点1距离工作面60 m时，开始进行测温取样分析，工作面每推进大约5 m进行1次2601老空区测点1和测点2及2603采空区测点3和测点4的测温取样；使用origin软件对测点1测点4的完整测温取样数据进行可视化处理和分析，得出反映新老采空区遗煤自燃氧化状态的O2浓度、CO浓度和温度的分布规律及CH4浓度的分布规律，如图2图5所示。3.12601老空区及2603采空区的O2，CO浓度和温度的变化规律及其分析测点1、测点2距工作面距离/m（a）2601老空区测点3、测点4距工作面距离/m（b）2603采空区图22601老空区及2603采空区的O2和CO浓度及温度的变化曲线图+.测点进入采空区-.还未进入采空区由图2（a）可以看出，随着2603工作面的不断推进，2601老空区内的O2浓度受采动影响处于动态变化之中。根据老空区测点1、测点2的O2浓度变化曲线可见：老空区测点1、测点2不受采动影响时的O2浓度分别为7.75%和7.6%、CO浓度分别为67.510-6和6910-6，温度为16.5；在工作面前方4080 m处，受采动影响较小，O2和CO浓度以及温度均有一定波动，但整体较为平缓；当测点1、测点2在工作面前方40 m时，受采动影响隔离煤柱逐渐破裂，漏风进入老空区，O2浓度上升，老空区遗煤发生二次氧化，但二次氧化初期的CO产生量不大，而漏风的稀释作用使CO浓度下降；同时氧化产热小于漏风散热，温度下降；随着测点不断接近工作面，漏风增大，O2浓度迅速上升，在测点处于2603运输大巷Oa浓度/%CO浓度/10-6T/Oa浓度/%CO浓度/10-6T/O2浓度测点1O2浓度测点2CO浓度TCO浓度TO2浓度测点3O2浓度测点4CO浓度TCO浓度T80 m2603进风巷测温取样点高抽巷2601老采空区2601小煤柱2603采空区工作面60 m8 m测点1测点210 m测点4测点3沿空留巷柔膜墙测温取样点10 m-100-80-60-40-200204060161412108622201816148075706560555034323028262422201816161412108642002040608010012014024222018161412108179第42卷第03期“Y”型综采面新老采空区遗煤自燃氧化特点及瓦斯浓度分布规律张天明，等Vol.42 No.03工作面附近时，O2浓度最大，CO浓度最小，温度最低；当测点进入2603采空区10 m之后，煤柱重新压实，老空区