[发明专利]一种采空区氧化带漏风量的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿井下煤自燃灾害防治技术领域，特别是涉及一种采空区氧化带漏风量的确定方法，主要用于煤矿矿井回采工作面采空区遗煤自燃的防治。

背景技术

煤自燃灾害是煤矿的主要灾害之一，煤炭自燃不仅烧毁了宝贵的资源，产生大量的CO、CO₂和SO₂等有毒有害气体，危害工人的健康和生命，污染环境；还能够诱发瓦斯、煤尘爆炸事故的发生，是阻碍煤矿安全生产的重大灾害。其中，采空区煤自燃由于其具有的隐蔽性强，火源位置难以确定，人员无法接近等特点，危害更为巨大。

煤炭自燃是一个复杂的过程，受着多种因素的影响，但煤炭自燃必须具备以下条件：（1）煤有自燃倾向性，且以破碎状态存在；（2）有连续的供氧条件；（3）有积聚氧化热的环境；（4）上述三个条件持续足够的时间。相应的煤自燃的防治也是从这几个关键因素出发，分别可以采取改变煤自燃特性、控制漏风降低氧浓度和冷却降温这几方面入手。对于长壁工作面采空区，通常根据通风条件和漏风状况，将采空区的自燃状态划分为三个带，如图1所示：（1）散热带；（2）自燃带；（3）窒息带。在散热带内漏风比较严重氧浓度较高，但由于其间的漏风风速比较大，氧化所产生的热量绝大部分随漏风带走，一般不会发生自然发火；而在氧化自燃带内冒落体逐渐被压实，漏风随之减小，并呈层流状态，一方面适量漏风不足以带走过多的氧化热，使这一区域具有了自然发火的蓄热条件，另一方面漏风又携带着足够的氧气供给遗煤，使其又具有自然发火的供氧条件，最终将可能发展到激烈氧化阶段，出现煤自燃的现象；窒息带由于没有足够的氧气存在因此也不容易出现自然发火现象。因此，根据前人研究成果，采空区自燃三带划分的依据为，散热带：漏风风速＞1.2m³/min·m²（0.02m/s）；窒息带：氧浓度<7～10%；氧化自燃带：漏风风速＜1.2m³/min·m²（0.02m/s）∩氧浓度＞7～10%。

由以上分析可知，在煤具有自燃倾向的情况下，采空区自燃带内的漏风量是引发煤自燃的关键因素。要确定整个采空区的漏风量一般比较容易，可以通过现场实测或通过失踪气体确定。这其中大部分漏风是在散热带内流过的，只有一少部分流入氧化自燃带。然而，由于采空区的复杂性和隐蔽性以及自燃三带划分的不规则性，要确定采空区氧化自燃带内的漏风量却是非常困难的，传统方法是依据经验取工作面供风量的0.5%～1%，缺乏科学依据。对于采空区遗煤自燃这一关键影响因素，如果不能科学合理的确定其大小，势必影响之后的防灭火技术工作，造成现有的很多防灭火技术工作缺乏依据，一些参数的确定达不到经济合理，造成了防灭火效果差或成本高的后果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种采空区氧化带漏风量的确定方法。由于采用直接测定的方法确定采空区氧化自燃带漏风量很难实现，因此本发明通过间接测量其它数据反算求出采空区氧化自燃带漏风量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种采空区氧化带漏风量的确定方法，具体包括如下步骤：

步骤一：根据防灭火设计及现场实际使用注氮机情况确定注氮流量；

步骤二：对采空区埋设束管进行气体成分观测，测点布置要平行于工作面，并且要分布于采空区中部；束管埋设完成之后，对采空区内气体成分进行连续观测，确定每一测点氧浓度的变化；

步骤三：根据采空区氧浓度实测结果，结合工作面开采情况和通风情况，建立数值计算模型，利用数值模拟的方法确定不注氮条件下采空区内氧浓度分布和漏风风速；

步骤四：在实验室利用热重实验方法，采取本工作面煤样进行煤氧化热重实验；分别通入不同浓度的氧气和氮气的混合气体，得到没有发生增重现象时的氧浓度值，以此作为采空区惰化防火指标；

步骤五：根据数值模拟结果和实验室实验结果，利用采空区自燃三带划分依据对采空区自燃三带进行划分；

步骤六：选择采空区内氧化带宽度最大的断面，根据现场实测氧浓度分布结果拟合方程，利用步骤三中建立的数值计算模型模拟采空区自燃三带划分结果确定边界，求出此断面在采空区氧化带内的平均氧浓度；

步骤七：确定工作面实际注氮过程中氮气纯度；

步骤八：根据注氮量计算公式确定采空区氧化带漏风量：