同煤大唐塔山煤礦有限公司采用綜采放頂煤開采石炭紀(jì)煤層，煤層平均厚度15.72米，自燃發(fā)火期68天，8102綜放工作面走向長度1531米，傾向長度230.5米，機(jī)采高度3.5米， 8102工作面從2006年7月15日推進(jìn)到47m時(shí)開始出現(xiàn)CO，上隅角達(dá)到48ppm，回風(fēng)流中10ppm。后采取了以束管監(jiān)測系統(tǒng)為保障，注氮為主結(jié)合注漿的防滅火措施，有力的保障了開采安全，最高月產(chǎn)100.2萬噸。
1 束管監(jiān)測技術(shù)簡介
煤礦自然發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)是利用真空泵和一束多芯塑料管遠(yuǎn)距離自每一個(gè)監(jiān)測地點(diǎn)抽取氣體，利用氣體分析儀器連續(xù)分析各測點(diǎn)的氣體組分濃度，并在監(jiān)測地點(diǎn)可能發(fā)生煤炭自燃時(shí)發(fā)出報(bào)警的成套裝置。由管路設(shè)施和氣體分析中心設(shè)備構(gòu)成。
2 塔山礦束管監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用
同煤大唐塔山煤礦公司束管監(jiān)測系統(tǒng)是由北京安菲斯科技發(fā)展有限公司和澳大利亞動(dòng)力科技有限公司共同開發(fā)研制的，于2006年11月中旬調(diào)試完畢后， 從11月17日開始進(jìn)行埋設(shè)進(jìn)行氣體監(jiān)測，監(jiān)測采空區(qū)自燃“三帶”分布情況。目前采空區(qū)束管監(jiān)測共布置有四個(gè)測點(diǎn)：1號點(diǎn)監(jiān)測上隅角氣體情況；2號點(diǎn)監(jiān)測5102回風(fēng)順槽側(cè)采空區(qū)氣體情況；3號點(diǎn)監(jiān)測2102進(jìn)風(fēng)順槽側(cè)采空區(qū)氣體情況；4號點(diǎn)監(jiān)測束管機(jī)房氣體情況。
⑴ 1號點(diǎn)監(jiān)測上隅角氣體情況。根據(jù)圖1所示的1號測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，上隅角監(jiān)測的CO濃度基本上呈現(xiàn)穩(wěn)定的趨勢，與通風(fēng)區(qū)監(jiān)測的數(shù)據(jù)基本一致，證明束管監(jiān)測系統(tǒng)抽氣分析監(jiān)測效果良好。
圖1一號束管測點(diǎn)監(jiān)測上隅角氧氣濃度變化情況
⑵ 2號束管測用于監(jiān)測5102側(cè)采空區(qū)氣體情況。根據(jù)圖2所示的回風(fēng)側(cè)采空區(qū)測點(diǎn)束管監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，隨著束管埋入采空區(qū)的距離逐漸增大，CO濃度呈現(xiàn)逐漸穩(wěn)定的緩慢增大態(tài)勢，測點(diǎn)的CO濃度一直在保持在80～110PPm之間，表明采空區(qū)的煤緩慢氧化已經(jīng)穩(wěn)定。
2006年12月5日，5102側(cè)采空區(qū)束管測點(diǎn)監(jiān)測到采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度下降到16%以下，標(biāo)志著測點(diǎn)所在位置進(jìn)入到氧化帶內(nèi)，對應(yīng)的測點(diǎn)埋點(diǎn)和工作面距離：5102側(cè)為57m，2102側(cè)為52m。該監(jiān)測結(jié)果為注氮情況下采空區(qū)散熱帶寬度，和根據(jù)7月15日綜放面開始出現(xiàn)CO時(shí)進(jìn)回風(fēng)側(cè)的進(jìn)尺確定的散熱帶寬度接近，因?yàn)椴煽諈^(qū)注氮管路出口預(yù)埋長度為50m，管路出口設(shè)置在氧化帶內(nèi)，排除綜放面推進(jìn)期間風(fēng)量變化和風(fēng)流擾動(dòng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，可以認(rèn)為采用這兩種方法得到的數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)確的。
到2007年1月13日，2號束管測點(diǎn)氧氣濃度已經(jīng)降低到7%以下，對應(yīng)的5102側(cè)束管埋設(shè)點(diǎn)和工作面距離為163m。即在采空區(qū)注氮的情況下，采空區(qū)內(nèi)回風(fēng)側(cè)氧化帶實(shí)測得到的最大寬度為163m。
根據(jù)采空區(qū)2號束管測點(diǎn)監(jiān)測情況，綜放工作面后方10m以外的采空區(qū)內(nèi)CO濃度保持在80PPm～120PPm之間，由于采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)量約為工作面風(fēng)量的10%，監(jiān)測結(jié)果表明綜放面采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化過程是比較平穩(wěn)的，目前所采取的注氮為主、加強(qiáng)堵漏風(fēng)的防火措施能夠?qū)崿F(xiàn)有效防火的目的。
圖2二號束管測點(diǎn)監(jiān)測氧氣和CO濃度隨推進(jìn)進(jìn)尺變化情況
⑶ 束管監(jiān)測3號測點(diǎn)用于監(jiān)測2102側(cè)采空區(qū)氣體情況。根據(jù)圖3所示的采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，從11月23日到12月14日，3號測點(diǎn)監(jiān)測到的O2濃度持續(xù)保持20%以上，CO濃度基本保持在0～5PPm之間，說明進(jìn)風(fēng)側(cè)漏風(fēng)風(fēng)速相對較大，散熱帶寬度比回風(fēng)側(cè)更大一些，浮煤氧化沒有良好的蓄熱條件，氧化生產(chǎn)的CO量極少。
12月15日，發(fā)現(xiàn)3號測點(diǎn)氧氣濃度分析結(jié)果出現(xiàn)異常，分析由于埋設(shè)的束管被垮落的頂板巖石或煤塊砸斷堵死，束管監(jiān)測系統(tǒng)無法抽出該測點(diǎn)管路氣體，且難以判斷所在部位，已經(jīng)重新埋管設(shè)置測點(diǎn)對進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)氣體進(jìn)行監(jiān)測。
圖3三號束管測點(diǎn)監(jiān)測氧氣濃度隨推進(jìn)進(jìn)尺變化情況
⑷ 束管監(jiān)測系統(tǒng)4號點(diǎn)用于監(jiān)測地面束管機(jī)房的氣體變化情況，進(jìn)行對比分析。從4測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，束管監(jiān)測系統(tǒng)的分析結(jié)果正常。
3注氮為主的防火措施實(shí)施情況
7月12日，三臺制氮機(jī)安裝完畢，7月24日開始運(yùn)行一臺制氮機(jī)向采空區(qū)注氮，每天24小時(shí)正常運(yùn)行。從9月30日開始，每天兩臺制氮機(jī)運(yùn)行注氮，一臺備用，全天24小時(shí)運(yùn)行，向采空區(qū)注氮，遇停產(chǎn)等情況，按照以注氮為主的防火措施要求，三臺制氮設(shè)備同時(shí)運(yùn)行注氮，注氮工藝采用預(yù)埋注氮管路注氮，為確保采空區(qū)注氮效果，對采空區(qū)兩端頭進(jìn)行封堵，工作面停采或回采期間，若有高溫?zé)嵩?，并輔之采用黃泥灌漿系統(tǒng)，對采空區(qū)灌注黃泥漿。
自7月底運(yùn)行以來，上隅角和回風(fēng)流的一氧化碳的濃度變化情況如圖。
4數(shù)據(jù)總結(jié)分析
塔山礦8102首采綜采放頂煤工作面開采前期工作面回風(fēng)流、上隅角CO濃度值偏高，通過束管監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，從9月底開始兩臺制氮機(jī)同時(shí)24小時(shí)運(yùn)行，并加強(qiáng)工作面兩端頭的堵漏風(fēng)工作，同時(shí)加快工作面的推進(jìn)，每月不低于90米，通過采取上述綜合防火措施，保證了綜放面正?；夭善陂g的防火安全，達(dá)到了預(yù)期的效果，監(jiān)測得到的CO濃度指標(biāo)呈現(xiàn)明顯的平穩(wěn)下降趨勢。
