近距离煤层,具体来说便是煤层间距不会超过上煤层距离下煤层之间的最大厚度,由于煤场距离煤层的距离比较短,在上部采空区已经完成开采工作,长时间之后会有煤层堆积,厚度比较大,加之蓄热环境比较好,浮煤会有所氧化,以至于温度会越来越高。而采空区和下部开采煤层之间有夹矸层阻隔,所以漏风通道比较多。当采动工作开展时,会向开采工作面以及上覆采空区漏风供氧,那么上覆采空区当中存在的浮煤开采工作面,出现火灾的危险性便会有所提升。如遇到火灾,蔓延的速度会非常快,进而对矿井的整体安全造成严重的威胁。当前,近距离煤矿自燃发生火灾的预防问题,一直都是矿业发展过程中深入探讨的关键点。
1.异常区域分析
(1)工作面概况
某煤矿处于某县城南方向的12km,东西长度大概为5.0～5.9km,南北方向的宽度大概为2.0～4.3km,总面积18.46km2左右。该矿区当中的工作面煤层厚度平均为5.5m,地质构造并不复杂,很多煤层当中的夹矸层平均厚度大概为0.12～0.49m,岩石结构主要为泥岩以及砂岩[1]。
(2)影响因素分析
①有多处漏风通道。该矿当前开采的两个采空区,近距离煤层中间存在的夹矸层平均厚度只有2.2m,漏风通道比较多,而且风量较大。
②自然发火周期短。在采煤6#小井采空区,对其煤样实施了分析和测试,发现自燃等级属于一级,自然发火期只有35天。自然发火期时间比较短,非常容易有自燃现象发生。
③遗煤情况比较严重。6#煤采空区当中,遗煤的产出率并不是很高,采空区当中对大量的煤样进行了堆积,加之煤体十分碎散,所以与空气当中的氧气会有非常大的接触面积,进而出现自燃的几率也比较大[2]。
④蓄热环境比较好。6#煤采矿区当中,持续对煤进行堆积的厚度越来越大,由于漏风的情况比较严重,加之氧气含量比较充足,煤以及四周岩石没有较理想的导热性,一旦有浮煤自燃情况发生,那么散失热量的速率会非常慢。
⑤如果6#煤和7#煤之间存在的结构相对复杂,也会使发生煤自燃的几率有所提升。
(3)监测数据分析
针对工作面回风流当中的CO体积分数实施监测之后,相应的记录,如图1所示。
根据图片分析可以看出,在第4天之后,CO的体积分数开始渐渐上升,第6天已经提升到1.58×10-3。这样便可以初步明确在7#煤上部采空区当中煤出现的自然发火的问题,产生的CO量非常大,并借助漏风通道在7#煤层采煤工作面当中涌入。
2.探测高温异常区
为了对该煤矿上覆区域出现自然发火的具体范围给予探测,需要借助CD一lα杯探测仪,可实现有效的探测目标。具体使用时需要先对区域进行划分,使其分为三个区域:
1号探测区域:针对工作面当中开切眼,依照其走向的65m,倾向的240m范围内,对内部温度是否有异常情况进行探测。
2号探测区域:根据工作面当中的回风巷走向240m处,倾角65m处的范围内,对回风巷当中是否有异常温度存在的情况进行探明。
3号探测器区域:根据工作面运输巷,东区以及西区域的各自30m,走向350m的区域内,对内部是否有高温点存在进行探明,以及明确针对工作面回风巷之间产生的一系列影响。
探测区域1当中,对155个测点进行了布置;在2号区内,对174个测点进行了布置;在3号区域内,对219个测点进行了布置。
通过针对工作面上覆区域的氡值进行测量,之后针对各个范围内的探测数据进行收集,与具体的井巷布置格局进行结合,分析工作面内存在的CO体积分数是否存在异常情况。在综合考量以及分析之后,便可获取区域煤自燃火源探测位置当中的平面图。
将获取的氡值测量数据在Sufer-12当中输入,可以制作出高温异常区域等值线分布图,通过对图的分析,可以明确等值线的颜色越深,密集程度越大,说明在这一高温区域内,存在的氡值数值便越大,在区域二内,可以明显看出氡值最高。
3.分析高温区域氡值
因为对探测区进行了有效划分,针对不同区域的探测数据进行了采集,在加工处理之后,便可以对不同区域当中的氡值数值有所明确,如表1所示。
测量数据共计548多个,其所在区域的氡值平均数值为187Bq/m3。本次测量当中氡值数值大于平均氡值的数值便属于异常点,发现1高温区域内,存在异常点为9个,2区域内存在异常点为6个,3区域内存在异常点为3个,4区域内存在异常点为3个。
由于该工作面上覆火区当中,氡值数值有异常问题出现,根据氡值发生的迁移理论,对其进行结合分析。因为自燃火区上覆岩层的结构相对简单,加之埋藏煤层的深度并不深,迁移氡之后,会以扩散对流产生的作用为主,煤层一直到地表面当中的覆岩当中,存在的压力差比较大,在煤层发生自燃之后,采空区当中的空气温度会明显上升,进而有非常大的气体对流速度产生,利用值对煤自然发火的原理反映。
在采矿区当中遗留的煤出现自燃情况之后,氡在煤体以及四周岩石当中的渗出,并因为气流加快向表面快速迁移,这时测量的氡值数据越大,说明采空区的温度越高,煤发生自燃的危险性也就越大。
4.火区治理的有效措施分析
(1)动态监测煤自燃
应用束管监测的方法实时监测采空区内部存在的气体成分,进而对采空区现实开采环境当中的氧气浓度分布情况、浮煤分布状况以及漏风发生的规律有所掌握,对采空区煤自燃指标性气体的一系列运营规律以及产生规律有所判定,可为之后各项防灭火工作的有序开展奠定良好的基础。
(2)钻孔注胶,隔绝堵漏
结合矿井巷道实际的尺寸,需要对灭火钻孔进行设计,进而开展注胶隔离防火的相关工作。
从7#煤向6#煤当中的采空区进行探测,发现的高温异常点为4个,分别对4个区域实施相应的钻孔注胶作业,钻孔与巷帮之间保持的间距为0.5m,其中要交错对钻孔进行布置,横向交错之间的距离为1.5m,使用的数量为235个,共有695m2的注胶量。由于两个高温异常区域内有非常高的氡值,所以煤发生自燃的危险性比较大,要将其设置为重点防控区域,将注胶量合理增大一些。
(3)井上井下堵漏
7#煤层与地表的距离会相对近一些,在对煤层进行开采的过程中,由于采动产生的影响作用,会使地表沟通发生裂缝,这样空气便能够顺着地表当中的裂缝渗入到工作面当中,所以针对7#煤层上部的地表区域,要定期排查裂缝,以便及时堵漏裂缝。
井下对风帘进行了挂设,并对破碎煤袋墙进行构建,将黄泥浆灌注其中,可有效实施堵漏,且效果十分显著。
(4)分析火区治理效果
对综合防灭火技术措施进行应用之后,可实时监测该盘区工作面当中的上隅角以及回风流当中存在的CO体积分数。
通过数据可以分析出,在工作面回风流以及上隅角当中的CO体积分数,降低的幅度非常大,已经达到了正常范围内,这便说明在高温异常区域内,对煤发生自燃进行控制,有了很明显的效果。
5.结束语
总之,针对同位素测氡法的有效应用,可以使煤矿盘区工作面上覆地表面范围当中的火区实施有效探测,将高温异常区域探测出之后,与迁移氡值的基础理论进行结合,可有效分析高温区域氡值,以便对防控高温异常区域的关键点进行明确,之后针对探测出来的高温异常区域,采取相应的措施,例如监测煤自燃动态,应用钻孔注胶的方法进行隔绝堵漏,结合井上井下堵漏的综合防灭火技术等等,这样存在的CO体积分数下降会十分明显,恢复到正常的范围值当中,表明异常区域当中针对自燃火灾进行的把控,起到了一定效果,可为之后工作的进行提供有利条件。
摘要：近距离煤层,因为距离煤层的间距比较小,加之存在的漏风问题,非常容易出现煤的自燃问题。所以,本文针对近距离煤层开采上覆采空区火区探测及治理做出了详细的分析。
关键词：近距离煤层开采,上覆采空区,火区探测
参考文献
[1] 马砺,雷燕飞,苏耀军,刘尚明,武瑞龙.近距离煤层开采上覆采空区火区探测及治理[J/OL].矿业安全与环保:1-5[2020-05-18].
[2] 宫彪.近距离煤层上覆采空区有害气体泄出及漏风控制[J].能源与节能,2020(04):99-100+103.