CN108982587A - 一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法 - Google Patents
一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108982587A CN108982587A CN201810915735.5A CN201810915735A CN108982587A CN 108982587 A CN108982587 A CN 108982587A CN 201810915735 A CN201810915735 A CN 201810915735A CN 108982587 A CN108982587 A CN 108982587A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- goaf
- coal
- seam
- oxygen concentration
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 213
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 title claims abstract description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 22
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 119
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 119
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 119
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 72
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 70
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 52
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 36
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 28
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 5
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 3
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 claims description 3
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 claims description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 abstract description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 208000035126 Facies Diseases 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013316 zoning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
- G01N25/22—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/50—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating flash-point; by investigating explosibility
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
Abstract
一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，属于煤自燃火灾防治领域。该方法为：采集各煤层煤样，以程序升温氧化实验，分别确定下部煤层煤样初次氧化、上部煤层煤样二次氧化的临界氧气浓度；以采空区遗煤所在高度位置为依据，将煤层群开采形成的多层采空区划分为：上位、中位和下位；以高位钻孔与束管监测相结合，实现上位、中位、下位采空区气体参数的同步监测；由实验得到的临界氧气浓度指标与现场综合实测参数，确定煤层群上、中、下位采空区的立体自燃危险区域分布范围。该方法对煤层群多层采空区域的划分更加全面、合理，煤自燃危险性判定指标更加精细、准确，实用性与可操作性强，对煤层群自燃火灾针对性、有效防治具有重要指导意义。
Description
技术领域
本发明属于煤自燃火灾防治技术领域，特别是涉及一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法。
背景技术
煤层开采过程中，顶板岩层垮落形成采空区，且受煤岩赋存条件、回采工艺等因素的影响，采空区内往往留有一定厚度的遗煤，在漏风供氧条件下，遗煤容易出现自然发火现象。传统单一煤层开采的采空区遗煤自燃危险区域判定，一般是通过埋设束管监测采空区氧气浓度、温度等因素，以行业公认的划分指标值进行自燃危险区域判定，而上述判定方法并不适用于易自燃煤层群开采条件。
煤层群上部煤层开采过程中，采空区遗煤经历缓慢氧化过程；在下部煤层开采时，上部采空区再次形成漏风供氧，遗煤再次经历氧化过程，即二次氧化。此时，上部采空区遗煤的氧化自燃特性与初次氧化的遗煤相比，发生部分改变，采用初次氧化遗煤的自燃危险区域判定指标具有一定的误差。同时，现有的自燃危险区域判定方法侧重于单一煤层采空区的自燃危险区域划分，没有从煤层群多层采空区立体角度分析自燃危险区域的分布规律，且氧气浓度、温度等参数测试方法难以适用于多层采空区立体空间条件，技术局限性十分明显。
发明内容
本发明针对传统技术方法存在的问题，目的在于提供一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，旨在通过煤体初次氧化、二次氧化特性实验与现场综合实测相结合的手段，给出多层采空区立体自燃危险区域的精准判定方法，指导易自燃煤层群多层采空区遗煤自然发火的针对性防治。该方法对煤层群多层采空区域的划分更加全面、合理，煤自燃危险性判定指标更加精细、准确，实用性与可操作性强，对于煤层群自燃火灾的针对性、有效防治具有重要指导意义。
本发明的一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，包括以下步骤：
S1、采集煤层群上部和下部煤层的煤样，进行煤样程序升温氧化实验，以不同供氧条件下，煤样氧化产生的指标性气体参数变化曲线为依据，确定下部煤层的煤样发生初次氧化自燃的临界氧气浓度、上部煤层的煤样发生二次氧化自燃的临界氧气浓度；
S2、根据煤层群赋存与实际开采的条件，分析确定下部煤层开采后导致上部煤层采空区遗煤的下移距离；
S3、以采空区遗煤所在高度位置为依据，将煤层群开采形成的多层采空区划分为：上位采空区、中位采空区与下位采空区；
S4、在下部煤层工作面的进风巷、回风巷中分别布置钻场，每个钻场内布置一组通向上位采空区的高位钻孔，通向上位采空区的高位钻孔终端与上位采空区连通，用于监测上位采空区的氧气浓度参数；
S5、在下部煤层工作面的邻近接续巷道内布置一个通向中位采空区的高位钻孔，通向中位采空区的高位钻孔终端与中位采空区连通，用于监测中位采空区的氧气浓度参数；
S6、在下部煤层采煤作业面向下位采空区的方向，布置多个采样头的束管，随采煤作业面的开采不断深入下位采空区，用于监测下位采空区氧气浓度参数；
S7、根据步骤S1实验结果与步骤S4、S5、S6综合实测参数，确定煤层群上位采空区、中位采空区和下位采空区形成的立体自燃危险区域分布范围。
所述的步骤S1中，采集的煤样由多层塑料薄膜密封包装，运输至实验室，旋磨至粒度＜1mm，进行煤样程序升温氧化实验。
所述的步骤S1中，所述的不同供氧条件为，分别通入体积浓度为12％、10％、8％、6％、4％的氧气。
所述的步骤S1中，确定下部煤层的煤样发生初次氧化自燃的临界氧气浓度的方法为：分别通入体积浓度为12％、10％、8％、6％、4％的氧气，在不同供氧条件下进行多组程序升温氧化实验；具体实验过程：
(1)将旋磨好的下部煤层的煤样放入程序升温炉内，通入一定浓度氧气，从20℃开始升温至200℃，温度每上升10℃抽取一次气样，由气相色谱分析仪分析气样成分浓度；
(2)以C2H4作为指标性气体，监测通入不同氧气浓度条件下，C2H4气体首次出现时的温度，以温度为纵坐标、氧气浓度为横坐标，作出C2H4气体首次出现的温度与氧气浓度的关系曲线，分析随着氧气浓度降低对应的温度增加的突变点，该突变点对应的氧气浓度即确定为煤样发生氧化自燃的临界氧气浓度。
所述的步骤S1中，确定上部煤层的煤样发生二次氧化自燃的临界氧气浓度的方法为：对旋磨好的上部煤层的煤样进行程序升温二次氧化实验，具体过程为：
(1)将旋磨好上部煤层的煤样放入程序升温炉内，通入体积浓度为21％的氧气，程序升温至120～170℃，停止加热，通入100％氮气，自然冷却至室温状态，完成初次氧化，然后排空氮气，分别通入体积浓度为12％、10％、8％、6％、4％的氧气，进行多组程序升温二次氧化实验；
(2)分别进行不同氧气浓度的程序升温二次氧化实验，从20℃开始升温至200℃，温度每上升10℃抽取一次气样，由气相色谱分析仪分析气样成分浓度；
(3)以C2H4作为指标性气体，监测通入不同氧气浓度条件下，C2H4气体首次出现时的温度，以温度为纵坐标、氧气浓度为横坐标，作出C2H4气体首次出现的温度与氧气浓度的关系曲线，分析随着氧气浓度降低对应的温度增加的突变点，该突变点对应的氧气浓度即确定为煤样发生氧化自燃的临界氧气浓度。
所述的步骤S2中，所述的确定下部煤层开采后导致上部煤层采空区遗煤的下移距离，按下式计算：
H＝hm-hl+hj(1-Kp)
式中，H—上部煤层采空区遗煤的下移距离，hm—下部煤层的厚度，hl—下部煤层采空区遗煤的厚度，hj—上、下部煤层的间距；Kp—岩层垮落的碎胀系数。
所述的步骤S3中，所述的上位采空区为上部煤层采空区；中位采空区为受下部煤层开采扰动影响而下移一定距离的遗煤采空区；下位采空区为下部煤层采空区。
所述的步骤S4中，进风巷、回风巷中布置的钻场，距离采煤作业面150～250m，每个钻场内布置2～4个通向上位采空区的高位钻孔，通向上位采空区的高位钻孔始端位于进风巷或回风巷，通向上位采空区的高位钻孔终端连通至上位采空区，钻孔内布置采气束管；随采煤作业面推进，各通向上位采空区的高位钻孔与采煤作业面的距离不断减小。
所述的步骤S5中，通向中位采空区的高位钻孔，位于采煤作业面向下位采空区的方向，距离采煤作业面10～20m，通向中位采空区的高位钻孔始端位于下部煤层工作面的邻近接续巷道内，通向中位采空区的高位钻孔终端连通至中位采空区，钻孔内布置采气束管；随采煤作业面推进，通向中位采空区的高位钻孔与采煤作业面的距离不断增加。
所述的步骤S6中，所述的多个采样头的束管包含4～6个采样头，按线性均匀分布在下位采空区内，且采样头为花管形式；随采煤作业面推进，各采样头与采煤作业面距离不断增加。
所述的步骤S7中，上位采空区自燃危险区域的判定指标为：Cs>C2，其中，Cs表示实测氧气浓度，C2表示上部煤层煤样二次氧化自燃的临界氧气浓度，由实验确定；
中位采空区自燃危险区域的判定指标为：Cs＞C2，其中，Cs表示实测氧气浓度，C2表示上部煤层煤样二次氧化自燃的临界氧气浓度，由实验确定；
下位采空区自燃危险区域的判定指标为：Cf＞Cs＞C1，其中，Cf表示下位采空区散热区域与自燃危险区域划分的临界氧气浓度，具体取18％，Cs表示实测氧气浓度，C1表示下部煤层煤样氧化自燃的临界氧气浓度，由实验确定。
以上方法中，所述的浓度，除特殊说明，均是指体积浓度。
本发明的一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其有益效果为：
(1)以采空区遗煤所在高度位置为依据，将煤层群开采形成的多层采空区划分为上位采空区、中位采空区、下位采空区，区域划分更加全面、合理；
(2)以煤样程序升温氧化实验手段，分别确定遗煤初次氧化、二次氧化的临界氧气浓度，使得不同层位采空区的自燃危险区域判定指标值不同，克服了传统判定方法中采用同一指标值的弊端，判定指标更加精细、准确；
(3)以高位钻孔与束管监测相结合的手段，实现上位采空区、中位采空区、下位采空区气体参数的同步监测，实用性与可操作性强，监测数据可靠；
(4)通过本发明的煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，克服了现有单一煤层采空区自燃危险区域划分方法的局限性，对于煤层群自燃火灾的针对性、有效防治具有重要指导意义。
附图说明
图1是本发明实施例中，煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例中，下部煤层煤样程序升温氧化实验得到的C2H4气体首次出现温度与氧气浓度对应关系曲线；
图3是本发明实施例中，上部煤层煤样程序升温二次氧化实验得到的C2H4气体首次出现温度与氧气浓度对应关系曲线；
图4是本发明实施例中，煤层群上位采空区、中位采空区、下位采空区划分示意图；
图5是本发明实施例中，多层采空区监测高位钻孔与束管布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和某煤矿8910综放工作面实例对本发明做进一步的详细说明。
实施例
一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其步骤示意图见图1，具体包括以下步骤：
S1、采集上部8#煤层、下部9#煤层的煤样，在实验室进行煤样程序升温氧化实验，以不同供氧条件下煤样氧化产生的指标性气体参数变化曲线为依据，确定下部9#煤层的煤样发生初次氧化自燃的临界氧气浓度、上部8#煤层的煤样发生二次氧化自燃的临界氧气浓度。
在本步骤中，(1)将采集的8#煤层、9#煤层煤样由多层塑料薄膜密封包装，运输至实验室，旋磨至粒度＜1mm。
(2)对下部9#煤层煤样的程序升温氧化实验，分别通入体积浓度为12％、10％、8％、6％、4％的氧气，进行多组程序升温氧化实验，具体实验过程：
将旋磨好的9#煤层煤样放入程序升温炉内，通入一定浓度氧气，从20℃开始升温至200℃，温度每上升10℃抽取一次气样，由气相色谱分析仪分析气样成分浓度。
以C2H4作为指标性气体，监测通入不同氧气浓度条件下，C2H4气体首次出现时的温度，以温度为纵坐标、氧气浓度为横坐标，作出C2H4气体首次出现的温度与氧气浓度的关系曲线，见图2。分析图2中氧气浓度降低对应的温度增加的突变点，该突变点对应的氧气浓度为8％、温度为99℃，当氧气浓度进一步降低为6％、4％时，温度急剧增加至127℃、182℃，说明煤氧化自燃已经变得非常困难，因此，确定煤样发生初次氧化自燃的临界氧气浓度为8％。
(3)对上部8#煤层煤样的程序升温二次氧化实验，将旋磨好的8#煤层煤样放入程序升温炉内，通入体积浓度为21％的氧气，程序升温至130℃，停止加热，通入100％氮气，自然冷却至室温状态，完成初次氧化，然后排空氮气，分别通入体积浓度为12％、10％、8％、6％、4％的氧气，进行多组程序升温氧化实验。具体实验过程、煤样氧化自燃临界氧气浓度确定方法与下部9#煤层煤样的程序升温氧化实验一致。8#煤层二次氧化煤样通入不同氧气浓度条件下，C2H4气体首次出现的温度与氧气浓度的关系曲线，见图3。分析图3中氧气浓度降低对应的温度增加的突变点，该突变点对应的氧气浓度为6％、温度为91℃，当氧气浓度进一步降低为4％时，温度急剧增加至139℃，说明煤氧化自燃已经变得非常困难，因此，确定为煤样发生氧化自燃的临界氧气浓度为6％。
S2、根据煤层群赋存与实际开采条件，分析确定下部9#煤层开采之后导致上部8#煤层采空区遗煤的下移距离，按下式计算：
H＝hm-hl+hj(1-Kp)
式中，H—上部煤层采空区遗煤的下移距离，hm—下部煤层的厚度，hl—下部煤层采空区遗煤厚度，hj—上、下部煤层的间距；Kp—岩层垮落的碎胀系数。
本发明实施例中8#、9#煤层间距hj＝10.5m，9#煤层厚度hm＝5.5m，9#煤层开采后留有遗煤厚度hl＝0.5m，岩层垮落的碎胀系数取Kp＝1.15。因此，上部8#煤层采空区遗煤的下移距离H＝3.4m。
S3、以采空区遗煤所在高度位置为依据，将8#、9#煤层群开采形成的多层采空区划分为：上位采空区、中位采空区与下位采空区；
步骤S3中所述的上位采空区为上部8#煤层采空区；中位采空区为受下部9#煤层开采扰动影响而下移一定距离的8#遗煤采空区；下位采空区为下部9#煤层采空区，其示意图见图4；
S4、在下部9#煤层工作面的进风巷、回风巷中分别布置一个钻场，每个钻场内布置一组通向上位采空区的高位钻孔，用于监测上位采空区的氧气浓度参数；
步骤S4中，进风巷、回风巷中布置的钻场，距离采煤作业面200m，每个钻场内布置3个高位钻孔，钻孔终端连通至上位采空区，钻孔内布置采气束管；从进风巷至回风巷方向各高位钻孔测点编号分别为1#高位钻孔～6#高位钻孔，1#～3#高位钻孔的终端距进风巷的水平距离分别为10m、40m、70m，4#～6#高位钻孔的终端距回风巷的水平距离分别为70m、40m、10m，3#、4#高位钻孔的终端间距40m。随采煤作业面推进，各高位钻孔与采煤作业面距离不断减小，9#煤层采煤作业面每推进5m，记录各测点氧气浓度参数。本实施例中各测点达到遗煤氧化自燃临界氧气浓度指标的位置如下表所示：
S5、在下部9#煤层工作面的邻近接续巷道内布置高位钻孔，钻孔终端连通至中位采空区，用于采集中位采空区氧气浓度参数；
步骤S5中，高位钻孔位于采煤作业面向下位采空区的方向，距离采煤作业面10m，钻孔终端连通至中位采空区，钻孔内布置采气束管。随采煤作业面推进，高位钻孔与采煤作业面距离不断增加，9#煤层采煤作业面每推进5m，记录钻孔测点氧气浓度参数。本实施例中，钻孔测点达到遗煤氧化自燃临界氧气浓度指标的位置为距采煤作业面60m，氧气浓度为6.2％。
S6、在下部9#煤层采煤作业面向下位采空区的方向，布置多个采样头的束管，随采煤作业面开采不断深入下位采空区，用于监测下位采空区氧气浓度参数；
步骤S6中所述的多采样头的束管包含5个采样头，按线性均匀分布在下位采空区内，由下位采空区进风巷一侧至回风巷一侧各采样头编号分别为1#采样头～5#采样头，距离进风巷一侧距离分别为：0m、45m、90m、135m、180m，且采样头为花管形式。随采煤作业面推进，各采样头与采煤作业面距离不断增加，9#煤层采煤作业面每推进5m，记录各测点氧气浓度参数。本实施例中各测点达到遗煤氧化自燃临界氧气浓度指标的位置如下表所示：
| 测点 | 1#采样头 | 2#采样头 | 3#采样头 | 4#采样头 | 5#采样头 |
| 距采煤作业面距离 | 115m | 100m | 100m | 70m | 65m |
| 氧气浓度 | 8.3％ | 8.1％ | 8.0％ | 8.2％ | 8.0％ |
步骤S6中，下位采空区，距离采煤作业面较近的采空区域，由于岩石没有完全垮落压实，存在一定的强漏风区域，即形成散热区域，而不构成自燃条件。以氧气浓度高于18％为指标，表示采空区漏风风速过大，高于该指标的区域不作为自燃危险区域。本实施例中各测点达到18％氧气浓度指标的位置如下表所示：
| 测点 | 1#采样头 | 2#采样头 | 3#采样头 | 4#采样头 | 5#采样头 |
| 距采煤作业面距离 | 25m | 30m | 25m | 15m | 15m |
| 氧气浓度 | 18.0％ | 18.2％ | 18.0％ | 18.1％ | 18.3％ |
以上多层采空区监测高位钻孔与束管布置示意图见图5。
S7、根据步骤S1实验结果与步骤S4、S5、S6综合实测参数，确定8#、9#煤层群上位采空区、中位采空区和下位采空区形成的的立体自燃危险区域分布范围。
所述的步骤S7中，所述的上位采空区自燃危险区域的判定指标为：Cs＞C2，其中，Cs表示实测氧气浓度，C2表示上部8#煤层煤样二次氧化自燃的临界氧气浓度，根据实验结果取6％；
所述的中位采空区自燃危险区域的判定指标为：Cs＞C2，其中，Cs表示实测氧气浓度，C2表示上部8#煤层煤样二次氧化自燃的临界氧气浓度，根据实验结果取6％；
所述的下位采空区自燃危险区域的判定指标为：Cf＞Cs＞C1，其中，Cf表示下位采空区散热区域与自燃危险区域划分的临界氧气浓度，具体取18％，Cs表示实测氧气浓度，C1表示下部9#煤层煤样氧化自燃的临界氧气浓度，根据实验结果取8％。
根据步骤S4、S5、S6综合实测参数，可判定8#、9#煤层群开采形成的多层采空区立体自燃危险区域如下表所示：
通过本发明的煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，将煤层群开采形成的多层采空区划分为上位采空区、中位采空区、下位采空区，区域划分更加全面、合理，判定指标更加精细、准确，实用性与可操作性强，对于煤层群自燃火灾的针对性、有效防治具有重要指导意义。
Claims (10)
1.一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集煤层群上部和下部煤层的煤样，进行煤样程序升温氧化实验，以不同供氧条件下，煤样氧化产生的指标性气体参数变化曲线为依据，确定下部煤层的煤样发生初次氧化自燃的临界氧气浓度、上部煤层的煤样发生二次氧化自燃的临界氧气浓度；
S2、根据煤层群赋存与实际开采的条件，分析确定下部煤层开采后导致上部煤层采空区遗煤的下移距离；
S3、以采空区遗煤所在高度位置为依据，将煤层群开采形成的多层采空区划分为：上位采空区、中位采空区与下位采空区；
S4、在下部煤层工作面的进风巷、回风巷中分别布置钻场，每个钻场内布置一组通向上位采空区的高位钻孔，通向上位采空区的高位钻孔终端与上位采空区连通，用于监测上位采空区的氧气浓度参数；
S5、在下部煤层工作面的邻近接续巷道内布置一个通向中位采空区的高位钻孔，通向中位采空区的高位钻孔终端与中位采空区连通，用于监测中位采空区的氧气浓度参数；
S6、在下部煤层采煤作业面向下位采空区的方向，布置多个采样头的束管，随采煤作业面的开采不断深入下位采空区，用于监测下位采空区氧气浓度参数；
S7、根据步骤S1实验结果与步骤S4、S5、S6综合实测参数，确定煤层群上位采空区、中位采空区和下位采空区形成的立体自燃危险区域分布范围。
2.如权利要求1所述的煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其特征在于，所述的步骤S1中，采集的煤样由多层塑料薄膜密封包装，运输至实验室，旋磨至粒度＜1mm，进行煤样程序升温氧化实验。
3.如权利要求1所述的煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其特征在于，所述的步骤S1中，确定下部煤层的煤样发生初次氧化自燃的临界氧气浓度的方法为：分别通入体积浓度为12％、10％、8％、6％、4％的氧气，在不同供氧条件下进行多组程序升温氧化实验；具体实验过程：
(1)将旋磨好的下部煤层的煤样放入程序升温炉内，通入一定浓度氧气，从20℃开始升温至200℃，温度每上升10℃抽取一次气样，由气相色谱分析仪分析气样成分浓度；
(2)以C2H4作为指标性气体，监测通入不同氧气浓度条件下，C2H4气体首次出现时的温度，以温度为纵坐标、氧气浓度为横坐标，作出C2H4气体首次出现的温度与氧气浓度的关系曲线，分析随着氧气浓度降低对应的温度增加的突变点，该突变点对应的氧气浓度即确定为煤样发生初次氧化自燃的临界氧气浓度。
4.如权利要求1所述的煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其特征在于，所述的步骤S1中，确定上部煤层的煤样发生二次氧化自燃的临界氧气浓度的方法为：对旋磨好的上部煤层的煤样进行程序升温二次氧化实验，具体过程为：
(1)将旋磨好上部煤层的煤样放入程序升温炉内，通入体积浓度为21％的氧气，程序升温至120～170℃，停止加热，通入100％氮气，自然冷却至室温状态，完成初次氧化，然后排空氮气，分别通入体积浓度为12％、10％、8％、6％、4％的氧气，进行多组程序升温二次氧化实验；
(2)分别进行不同氧气浓度的程序升温二次氧化实验，从20℃开始升温至200℃，温度每上升10℃抽取一次气样，由气相色谱分析仪分析气样成分浓度；
(3)以C2H4作为指标性气体，监测通入不同氧气浓度条件下，C2H4气体首次出现时的温度，以温度为纵坐标、氧气浓度为横坐标，作出C2H4气体首次出现的温度与氧气浓度的关系曲线，分析随着氧气浓度降低对应的温度增加的突变点，该突变点对应的氧气浓度即确定为煤样发生氧化自燃的临界氧气浓度。
5.如权利要求1所述的煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其特征在于，所述的步骤S2中，所述的确定下部煤层开采后导致上部煤层采空区遗煤的下移距离，按下式计算：
H＝hm-hl+hj(1-Kp)
式中，H—上部煤层采空区遗煤的下移距离，hm—下部煤层的厚度，hl—下部煤层采空区遗煤的厚度，hj—上、下部煤层的间距；Kp—岩层垮落的碎胀系数。
6.如权利要求1所述的煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其特征在于，所述的步骤S3中，所述的上位采空区为上部煤层采空区；中位采空区为受下部煤层开采扰动影响而下移一定距离的遗煤采空区；下位采空区为下部煤层采空区。
7.如权利要求1所述的煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其特征在于，所述的步骤S4中，进风巷、回风巷中布置的钻场，距离采煤作业面150～250m，每个钻场内布置2～4个通向上位采空区的高位钻孔，通向上位采空区的高位钻孔始端位于进风巷或回风巷，通向上位采空区的高位钻孔终端连通至上位采空区，钻孔内布置采气束管；随采煤作业面推进，各通向上位采空区的高位钻孔与采煤作业面的距离不断减小。
8.如权利要求1所述的煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其特征在于，所述的步骤S5中，通向中位采空区的高位钻孔，位于采煤作业面向下位采空区的方向，距离采煤作业面10～20m，通向中位采空区的高位钻孔始端位于下部煤层工作面的邻近接续巷道内，通向中位采空区的高位钻孔终端连通至中位采空区，钻孔内布置采气束管；随采煤作业面推进，通向中位采空区的高位钻孔与采煤作业面的距离不断增加。
9.如权利要求1所述的煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其特征在于，所述的步骤S6中，所述的多个采样头的束管包含4～6个采样头，按线性均匀分布在下位采空区内，且采样头为花管形式；随采煤作业面推进，各采样头与采煤作业面距离不断增加。
10.如权利要求1所述的煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法，其特征在于，所述的步骤S7中，上位采空区自燃危险区域的判定指标为：Cs＞C2，其中，Cs表示实测氧气浓度，C2表示上部煤层煤样二次氧化自燃的临界氧气浓度，由实验确定；
中位采空区自燃危险区域的判定指标为：Cs＞C2，其中，Cs表示实测氧气浓度，C2表示上部煤层煤样二次氧化自燃的临界氧气浓度，由实验确定；
下位采空区自燃危险区域的判定指标为：Cf＞Cs＞C1，其中，Cf表示下位采空区散热区域与自燃危险区域划分的临界氧气浓度，具体取18％，Cs表示实测氧气浓度，C1表示下部煤层煤样氧化自燃的临界氧气浓度，由实验确定。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810915735.5A CN108982587B (zh) | 2018-08-13 | 2018-08-13 | 一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810915735.5A CN108982587B (zh) | 2018-08-13 | 2018-08-13 | 一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108982587A true CN108982587A (zh) | 2018-12-11 |
| CN108982587B CN108982587B (zh) | 2020-10-09 |
Family
ID=64552762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810915735.5A Active CN108982587B (zh) | 2018-08-13 | 2018-08-13 | 一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108982587B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110985121A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-10 | 神华包头能源有限责任公司 | 采煤工作面安全推进速度确定方法 |
| CN112546487A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-26 | 石家庄国盛矿业科技有限公司 | 一种煤矿陷落柱周边煤层火区治理工艺 |
| CN113283998A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-08-20 | 重庆工程职业技术学院 | 一种急倾斜煤层开采采空区煤炭自燃防控方法 |
| CN113916615A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-01-11 | 徐州工程学院 | 基于气体连续在线监测的采空区煤自燃危险区域判定方法 |
| CN114112559A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 西安科技大学 | 一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样防控方法 |
| CN114460260A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-10 | 淮北矿业股份有限公司 | 一种对综放回采工作面采空区遗煤自燃危险区域监测的方法 |
| CN115901990A (zh) * | 2022-10-25 | 2023-04-04 | 国家能源集团乌海能源有限责任公司 | 基于多点监测的氧化带边界判定方法 |
| CN116696442A (zh) * | 2023-06-20 | 2023-09-05 | 辽宁工程技术大学 | 一种采空区自燃危险区域划分及防治方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003322629A (ja) * | 2002-05-02 | 2003-11-14 | Hitachi Zosen Corp | 活性炭の自然発火状態の検出方法 |
| CN101725368A (zh) * | 2009-11-28 | 2010-06-09 | 山东科技大学 | 厚煤层大采高工作面沿空留巷方法 |
| CN104514577A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-04-15 | 中国矿业大学 | 一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法 |
| CN105863714A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-08-17 | 中国神华能源股份有限公司 | 采空区自燃三带监测系统及监测方法 |
| CN106815423A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-06-09 | 辽宁工程技术大学 | 一种w型通风采空区遗煤自燃模拟方法 |
-
2018
- 2018-08-13 CN CN201810915735.5A patent/CN108982587B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003322629A (ja) * | 2002-05-02 | 2003-11-14 | Hitachi Zosen Corp | 活性炭の自然発火状態の検出方法 |
| CN101725368A (zh) * | 2009-11-28 | 2010-06-09 | 山东科技大学 | 厚煤层大采高工作面沿空留巷方法 |
| CN104514577A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-04-15 | 中国矿业大学 | 一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法 |
| CN105863714A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-08-17 | 中国神华能源股份有限公司 | 采空区自燃三带监测系统及监测方法 |
| CN106815423A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-06-09 | 辽宁工程技术大学 | 一种w型通风采空区遗煤自燃模拟方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张辛亥 等: "厚煤层分层开采采空区自燃" 三带" 规律及防治研究", 《煤炭科学技术》 * |
| 李庆军: "近距离煤层群开采煤层自燃预测研究", 《万方学位论文数据库》 * |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110985121A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-10 | 神华包头能源有限责任公司 | 采煤工作面安全推进速度确定方法 |
| CN110985121B (zh) * | 2019-12-16 | 2022-05-20 | 神华包头能源有限责任公司 | 采煤工作面安全推进速度确定方法 |
| CN113283998A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-08-20 | 重庆工程职业技术学院 | 一种急倾斜煤层开采采空区煤炭自燃防控方法 |
| CN112546487A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-26 | 石家庄国盛矿业科技有限公司 | 一种煤矿陷落柱周边煤层火区治理工艺 |
| CN112546487B (zh) * | 2020-12-03 | 2022-03-11 | 石家庄国盛矿业科技有限公司 | 一种煤矿陷落柱周边煤层火区治理工艺 |
| CN113916615A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-01-11 | 徐州工程学院 | 基于气体连续在线监测的采空区煤自燃危险区域判定方法 |
| CN113916615B (zh) * | 2021-11-26 | 2024-07-23 | 徐州工程学院 | 基于气体连续在线监测的采空区煤自燃危险区域判定方法 |
| CN114112559B (zh) * | 2021-11-30 | 2024-01-30 | 西安科技大学 | 一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样防控方法 |
| CN114112559A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 西安科技大学 | 一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样防控方法 |
| CN114460260A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-10 | 淮北矿业股份有限公司 | 一种对综放回采工作面采空区遗煤自燃危险区域监测的方法 |
| CN115901990B (zh) * | 2022-10-25 | 2024-07-19 | 国家能源集团乌海能源有限责任公司 | 基于多点监测的氧化带边界判定方法 |
| CN115901990A (zh) * | 2022-10-25 | 2023-04-04 | 国家能源集团乌海能源有限责任公司 | 基于多点监测的氧化带边界判定方法 |
| CN116696442A (zh) * | 2023-06-20 | 2023-09-05 | 辽宁工程技术大学 | 一种采空区自燃危险区域划分及防治方法 |
| CN116696442B (zh) * | 2023-06-20 | 2024-06-07 | 辽宁工程技术大学 | 一种采空区自燃危险区域划分及防治方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108982587B (zh) | 2020-10-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108982587A (zh) | 一种煤层群多层采空区立体自燃危险区域判定方法 | |
| CN106869790B (zh) | 一种页岩气水平井快速精细地质导向方法 | |
| CN104295289B (zh) | 一种走向长钻孔瓦斯抽采半径测定方法 | |
| CN113404538B (zh) | 基于煤矿采空区封存二氧化碳的系统及方法 | |
| CN111612643B (zh) | 一种瓦斯抽采对象与抽采措施优选匹配方法 | |
| CN110609335A (zh) | 一种基于多手段的残采区复杂条件探测方法 | |
| CN103806943A (zh) | 用于监测煤层采空区漏风的监测装置及监测方法 | |
| CN110645039A (zh) | 一种厚硬顶板冲击地压与瓦斯复合灾害综合防治方法 | |
| CN107328551B (zh) | 综放工作面非均质采空区流场模拟实验装置 | |
| CN110671093A (zh) | 一种基于钻孔摄像的覆岩活动规律综合探测方法 | |
| CN111425245A (zh) | 一种基于采空区漏风场优化的煤与瓦斯共生灾害防治方法 | |
| Xie et al. | Division of spontaneous combustion “three-zone” in goaf of fully mechanized coal face with big dip and hard roof | |
| Qin et al. | CFD simulations for longwall gas drainage design optimisation | |
| CN115559770A (zh) | 一种煤巷掘进工作面瓦斯消突预抽治理方法 | |
| CN110221023A (zh) | 一种煤矿采空区自燃三带的判定方法与测量系统 | |
| Karacan | Predicting methane emissions and developing reduction strategies for a Central Appalachian Basin, USA, longwall mine through analysis and modeling of geology and degasification system performance | |
| CN107560820A (zh) | 综放工作面非均质采空区流场模拟实验方法 | |
| Wang et al. | Fracture law of different overlying strata in mining of protective seam under close distance coal seam | |
| CN104775849B (zh) | 煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统及其监测方法 | |
| Tu et al. | Research situation and prospect of fully mechanized mining technology in thick coal seams in China | |
| Balusu et al. | Optimum inertisation strategies | |
| Li et al. | Gas migration law and precision extraction in close distance coal seam goaf: a case study | |
| Xie et al. | Mechanism and experiment of substituting high drainage roadway with directional long drilling group to extract pressure-relief gas | |
| Wang et al. | Analysis of proper position of extraction roadway on roof in high-strength gas emission workface: A case study of Zhaozhuang coal mine in southern Qinshui Basin | |
| CN114019577A (zh) | 掘进工作面前方富水性超前探查方法、计算机设备、介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240117 Address after: Room 419, No. 2-2 Rongsheng Street, Xihe District, Fuxin City, Liaoning Province, 123000 Patentee after: Fuxin University of Technology Hua'an Mining Engineering Technology Co.,Ltd. Address before: Fuxin City, Liaoning Province, China Road 123000 Xihe District No. 47 Patentee before: LIAONING TECHNICAL University |
|
| TR01 | Transfer of patent right |