CN102748073A - 一种高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法，该判别方法采用氧气氮气浓度比n为判别标准，所述氧气氮气浓度比n＝采空区气样中氧气的体积百分比浓度/采空区气样中氮气的体积百分比浓度，n≥0.221的区域为散热不自燃带，0.1117≤n＜0.221的区域为可能自燃带，n＜0.1117的区域为窒息带。本发明提供的高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法较准确的反映了采空区气体中氧气的消耗情况，为高瓦斯采空区自燃“三带”的判别提供了一种较为科学准确的方法。

Description

一种高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法

技术领域

本发明涉及采煤工业技术领域，具体涉及一种高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法。

背景技术

根据煤自燃的基本条件，采空区遗煤自燃大体可划分为三个带，即散热不自燃带、可能自燃带和窒息带。目前划分自燃“三带”有三种标准，分别为：以采空区内的漏风强度为标准划分自燃“三带”、以采空区内的氧气浓度为标准划分自燃“三带”、以采空区内的温度分布为标准划分自燃“三带”。

以采空区内的漏风强度为标准划分自燃“三带”，即按照采空区内漏风风速划分，采空区内散热不自燃带漏风风速大于0.24m/min，可能自燃带漏风风速为0.24～0.1m/min，窒息带漏风风速小于0.1m/min。以采空区内的温度分布为标准划分自燃“三带”，即根据测点的升温特征，在采空区某区域升温率K(℃/d)大，反映了该区域危险性大，根据升温率K这一指标，可以圈划出可能自燃氧化带宽度。以升温率K可能出现大于等于1℃/d的区域作为划分标准。以采空区内的氧气浓度为标准划分自燃“三带”，即按照氧气浓度划分，散热不自燃带氧气浓度大于18％，可能自燃带氧气浓度为18％～10％，窒息带氧气浓度低于10％。

以上三个划分自燃“三带”的标准，其中漏风强度标准和氧气浓度标准实质上是一致的，二者都是以采空区内漏风流情况为划分“三带”的依据。但是在采空区内测量漏风风速较难做到，按漏风强度划分“三带”的标准通常用在数值模拟计算分析中。测取采空区内氧气浓度相对容易，所以在现场实测分析中多采用氧气浓度的划分标准。

在煤层开采过程中，采空区内的气体不仅来自于工作面的漏风，还来自于煤层中解析出来的瓦斯气体。瓦斯气体从煤层中解析出来后，与原有采空区内的气体混合，并占据气体成分中的一定比例，使采空区混合气体中各种气体成分所占比例发生变化。因此，导致氧气浓度降低的原因可能是这一区域的遗煤氧化强度增加，也有可能是瓦斯涌出而导致氧气浓度降低。因此目前采用的氧气浓度的划分标准会受到煤层中解析出来的瓦斯气体的影响，从而不能准确客观地反映由遗煤氧化强度增加而导致的氧气浓度下降，因此导致采空区自燃“三带”的划分不够准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法，该判别方法可消除煤层中解析出来的瓦斯气体的影响。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法，采用氧气氮气浓度比n为判别标准，所述氧气氮气浓度比n＝采空区气样中氧气的体积百分比浓度/采空区气样中氮气的体积百分比浓度，n≥0.221的区域为散热不自燃带，0.1117≤n＜0.221的区域为可能自燃带，n＜0.1117的区域为窒息带。

在煤层开采过程中，采空区内的气体不仅来自于工作面的漏风，还来自于煤层中解析出来的瓦斯气体。瓦斯气体从煤层中解析出来后，与原有采空区内的气体混合，并占据气体成分中的一定比例，使采空区混合气体中各种气体成分所占比例发生了变化。但是，各种气体成分的物理混合并没有使各种气体成分相互之间的浓度比值发生变化。因此，采用氧气氮气浓度比n为判别标准来判别高瓦斯采空区自燃“三带”，可消除煤层释放瓦斯对采空区自燃“三带”划分的影响，本发明提供的判别方法不会受到涌出瓦斯的影响。

对于煤矿高瓦斯工作面采空区来说，采空区的气样中氧气氮气浓度比n发生了较大的变化，原因为：一、煤层中释放出来的原始瓦斯气体中包含了部分N₂；二、采空区遗煤的物理吸附和低温氧化消耗掉部分氧气。以上两个原因就导致了采空区气样中的氧气氮气浓度比n比新鲜风流中的氧气氮气浓度比n要小。其中煤层中释放出来的原始瓦斯气体中所包含的N₂量极少，对氧气氮气浓度比n的影响很小，可忽略不计，则采空区气样中的氧气氮气浓度比n的减小主要是由于采空区遗煤的低温氧化耗氧所引起的。因此，采用本发明提供的高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法可以比较准确的反映高瓦斯矿采空区遗煤氧化的强度，氧气氮气浓度比n降低，说明氧气消耗增大，从而可以反映此区域的自燃发火危险程度高。本发明提供的高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法比较准确的反映了采空区气体中氧气的消耗情况，为高瓦斯采空区自燃“三带”的判别提供了一种较为科学准确的方法。

一般采空区气体中，散热不自燃带边界的氮气、氧气和瓦斯浓度总和约为99.5％左右，其中，在没有瓦斯涌出时(即煤层中没有瓦斯气体解析出来时)，氧气体积百分比浓度为18％，氮气的体积百分比浓度约为81.5％，氧气氮气浓度之比n为0.221。在考虑瓦斯涌出影响时，由于瓦斯的涌出导致氧气浓度和氮气浓度同时降低，但氧气氮气浓度之比n仍为0.221。通过实测结果计算得出，氧气氮气浓度比n和目前的采空区内氧气浓度判别标准是一一对应的，氧气氮气浓度比n对应的氧气浓度判别标准见表1所示。

表1氧气氮气浓度比n与氧气浓度判别标准对应表

附图说明

图1为氧气氮气浓度比n为0.221和0.1117时，不同瓦斯浓度情况下采空区“三带”划分氧气浓度标准对应值图。

具体实施方式

实施例

本实施例提供的一种高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法，采用氧气氮气浓度比n为判别标准，氧气氮气浓度比n＝采空区气样中氧气的体积百分比浓度/采空区气样中氮气的体积百分比浓度，n≥0.221的区域为散热不自燃带，0.1117≤n＜0.221的区域为可能自燃带，n＜0.1117的区域为窒息带。

试验例

表2为山西某矿实测的不同采空区气体成份的平均数据，从表2中可以看出，15108面的采空区瓦斯浓度要高出15101面采空区的一倍左右，虽然它们的氧气浓度差不多，但是15108面采空区的氧气氮气浓度比n却比15101面采空区高0.015，15108面采空区的氮气浓度比15101面采空区要低近4％。因此在散热不自燃带和可能自燃带的边界划分过程中，氧气氮气浓度比n相比氧气浓度能更好的反应采空区遗煤的自燃发火危险性。即本实施例提供的高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法更为科学准确。

表2山西某矿氧气氮气浓度比n值

另外，本实施例提供的高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法适用于高瓦斯煤层采空区“三带”的划分。而目前采用的氧气浓度为标准划分自燃“三带”的方法对于高瓦斯煤层采空区则不太适用，需要做适当调整，与之对应的计算公式为：

$C_{O_2}=(99.5-C_{{\mathrm{CH}}_4})\frac{n}{1+n},$

其中n即为采空区气样中氧气的体积百分比浓度/采空区气样中氮气的体积百分比浓度。图1为氧气氮气浓度比n为0.221(散热不自燃带和可能自燃带的分界值)和0.1117(可能自燃带和窒息带的分界值)时，不同瓦斯浓度情况下采空区“三带”划分氧气浓度标准的对应值图。图1显示，瓦斯浓度为0～12％时，氧气浓度18％对应的浓度值在18～15.78％之间，氧气浓度10％对应的浓度值在10～8.79％之间，与表1中的氧气浓度划分界线18％、10％相比有一定的浮动，这说明氧气浓度的判别标准会受到瓦斯浓度的影响，因此不能准确的反映高瓦斯采空区氧气的消耗情况，因此采用氧气浓度的判别标准不能做到对高瓦斯采空区自燃“三带”的准确判定。根据图1可以看出，由于工作面采空区氧气浓度的降低除了遗煤氧化升温消耗掉以外，另外一个重要的原因就是采空区涌出的瓦斯的稀释作用，所以相比较采用氧气浓度划分标准而言，本实施例提供的高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法即以氧气氮气浓度比n为判别标准来判别采空区自燃“三带”，能够较为准确的体现出工作面采空区的氧气消耗状况，可实现对高瓦斯采空区自燃“三带”的准确判定。

Claims (1)

1.一种高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法，其特征在于，采用氧气氮气浓度比n为判别标准，所述氧气氮气浓度比n＝采空区气样中氧气的体积百分比浓度/采空区气样中氮气的体积百分比浓度，n≥0.221的区域为散热不自燃带，0.1117≤n＜0.221的区域为可能自燃带，n＜0.1117的区域为窒息带。

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