注氮對綜放面采空區(qū)內(nèi)O2的濃度和“三帶”寬度的影響

1、 專業(yè)技術(shù)文件 / Technical documentation 編號： 注氮對綜放面采空區(qū)內(nèi)O2的濃度和“三帶”寬度的影響Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.編制：_日期：_注氮對綜放面采空區(qū)內(nèi)O2的濃度和“三帶”寬度的影響溫馨提示：該文件為本公司員工進行生產(chǎn)和各項管理工作共同的技術(shù)依據(jù)，通過對具體的工作環(huán)節(jié)進行

2、規(guī)范、約束，以確保生產(chǎn)、管理活動的正常、有序、優(yōu)質(zhì)進行。本文檔可根據(jù)實際情況進行修改和使用。 馬漢鵬1,王德明1,何啟林2(1.中國礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院,江蘇徐州221008;2安徽理工大學(xué)資管系,安徽淮南232001)摘要:介紹了徐莊煤礦7235綜放面開采中,采用埋管注氮方式向空區(qū)注氮,防止采空區(qū)遺煤氧化自燃。在采空區(qū)預(yù)埋束管,測量在注氮與不注氮的情況下各測點氧氣濃度的變化情況,以及對采空區(qū)“三帶”寬度的影響,為確定合理的注氮工藝和提高注氮效果提供了科學(xué)的指導(dǎo)。關(guān)鍵詞:埋管注氮;注氮效果;“三帶”寬度中圖分類號:TD75+2.2文獻標(biāo)識號:B文章編號:1003-496X(2021)01-0011

3、-031問題的提出上海能源股分有限公司徐莊煤礦7235工作面是該礦的第一個綜放工作面。本工作面所采的7煤層自然發(fā)火比較嚴(yán)重(發(fā)火期為36個月)。為了保證該工作面安全的回采,該工作面建立了氮氣防滅火系統(tǒng),在井下制取氮氣,采用埋管方式向采空區(qū)注氮,在向采空區(qū)注氮過程中,采空區(qū)O2濃度是如何變化的,注氮后對采空區(qū)“三帶”有何影響等問題,一直困擾著礦里有關(guān)技術(shù)部門和管理部門。只有搞清這些問題之后,才能確定合理的注氮時間;才能確保采空區(qū)遺煤不自燃的情況下,選擇經(jīng)濟合理的注氮工藝。2工作面概況7235綜放工作面煤層厚度變化較小,平均厚度為5.16 m,煤層傾角8.422.9,平均17.8,屬于中硬12.5

4、%,揮發(fā)份36%,煤塵具有強爆炸性,瓦斯含量低。工作面寬140 m ,走向長1 200 m ,采用上海能源股分有限公司自制的MGD-150NW型綜放采煤機割煤,工作面運輸使用SGD-70/90W型輸送機,日進尺3.6 m,平均日產(chǎn)量2 800 t。3注氮管的布置方式與注氮工藝將制氮機放置在采區(qū)下部車場內(nèi),沿工作面進風(fēng)巷,靠巷壁鋪設(shè)注氮干管,并固定在支柱上,每隔20 m引出注氮支管,并在支管上安裝閘閥,以控制氮氣的注氮量。支管端部安設(shè)特制埋管器與防阻銅網(wǎng),以90彎管拐向采空區(qū),與工作面平行。氮氣釋放口應(yīng)高于底板。隨著工作面推進,埋管逐漸進入采空區(qū),當(dāng)埋入采空區(qū)的第一個注氮口與工作面相距20 m時

5、,打開第一閘閥開始向采空區(qū)注氮。當(dāng)注氮口與工作面相距40 m時,封閉該注氮口,啟用下一個注氮口,整個注氮過程中,注氮口是依次下延。注氮方式采用間斷式,每天注8 h,注氮量200m3/h。4采空區(qū)氣體取樣方法為了探索7235工作面采空區(qū)O2濃度隨工作面向前推進變化規(guī)律和注氮對其影響,在工作面上、下順槽各布置3趟帶有強力保護套的束管,內(nèi)徑為10 mm。為了防止束管被冒落的矸石砸壞,外用25 mm鐵管保護,取樣頭外面套上50 mm和100 mm鐵管,兩層鐵管壁上打有30個小孔,用銅網(wǎng)將取樣頭的鐵管包裹起來以防碎煤進入,并通過90的彎頭和法蘭與沿采空區(qū)走向布置的鐵管聯(lián)接起來。為了防止抽氣時鐵管中的空氣

6、漏入束管中,在法蘭與鐵管的聯(lián)接處,塞入600 mm厚的黃泥和50 mm厚的泡泥。以防止漏氣與阻塞。束管在采空區(qū)的布置方式如圖1所示。第一個取樣點埋進20 m后,各取樣間距20 m,最長取樣距離180 m。在抽氣站用自行改制的防爆抽氣泵抽取氣樣,每天由通風(fēng)科派專人下井開啟抽氣泵,為了提高取樣精度,每次取樣前應(yīng)先預(yù)抽15min排除束管中的空氣,所取樣送上海能源股分有限公司通風(fēng)實驗室進行氣相色譜分析。1#6#-取樣頭位置;7-注氮管;、-抽氣站圖1采空區(qū)束管布置示意圖5測定結(jié)果的分析為了解采空區(qū)在注氮剛開始的一個星期內(nèi)O2濃度變化與注氮工藝的關(guān)系,每天取樣4次進行氣相分析,采空區(qū)6個取樣點O2濃度與

7、注氮工藝的關(guān)系見表1。表1測點O2濃度隨時間的變化表%取樣時間1#點2#點3#點4#點5#點6#點16:00 11.6 7.2 5.5 4.3 6.5 12.820:00 12.8 7.9 5.9 7.2 8.8 15.524:00 14.8 10.5 6.7 8.1 11.3 17.14:00 19.7 11.6 7.3 9.8 13.9 19.9注:注氮時間8:10-16:10從表1知:3#、4#兩點漏風(fēng)風(fēng)速小,在采空區(qū)窒息帶內(nèi),O2的濃度在不注氮過程中,上升的速度較慢;2#、5#兩點在注氮時,其O2的濃度降低到10%以下,注氮停止后,其O2濃度上升到10%以上的時間為8 h;1#、6#兩

8、點,在注氮時對其氧的濃度有影響,O2的濃度降低,但在10%以上,說明注氮對采空區(qū)氧的濃度影響是有一定的范圍的。為了提高注氮效果,在采空區(qū)的下隅角,用15m長的擋風(fēng)布 簾阻風(fēng),再測定6個取樣點O2濃度變化與注氮工藝的關(guān)系,結(jié)果見表2。表2采空區(qū)測點O2濃度隨時間的變化表%取樣時間1#點2#點3#點4#點5#點6#點16:00 8.9 4.2 3.1 3.7 4.5 9.820:00 9.8 5.7 4.9 5.1 6.8 11.524:00 12.6 7.8 5.8 6.2 7.9 14.74:00 15.7 8.3 6.3 7.0 8.6 16.8注:注氮時間8:10-16:10從表2知:采用

9、了采空區(qū)的下隅角阻風(fēng)措施后,測點的O2的濃度明顯下降,采空區(qū)氧化帶的寬度變窄,注氮效果明顯提高。通過對6個測點的綜合分析得出注氮與不注氮情況下O2濃度沿采空區(qū)走向變化情況,見表3和圖2。表3O2濃度沿采空區(qū)走向變化情況距離/m 0 20 40 60 80 100 120O2濃度/%(未注氮)19.8 19.2 15.2 13.3 11.5 9.5 6.8O2濃度/%(注氮)19.8 19.3 13.3 11.8 7.8 4.5 3.9圖2采空區(qū)氧的濃度沿走變化趨勢從表3知:注氮后采空區(qū)O2的濃度,沿走向O2的濃度下降的速度比未注氮情況下快,且影響較大的區(qū)域是距工作面距離80 m的采空區(qū)。6采空區(qū)濾流場解算假設(shè)采空區(qū)是二維流場,借助于孔隙介質(zhì)流體力學(xué)的有關(guān)原理,以滲透定律為基本方程,將采空區(qū)視為連續(xù)孔隙介質(zhì),通過阻力測定確定出解算濾流場的已知條件。將采空區(qū)劃分成為若干個邊長為10 m的等腰直角三角形單元,將直角邊、節(jié)點以及三角形單元按一定的順序編號,利用計算機用有限元解算出各邊的比風(fēng)速,再結(jié)合測點O2濃度作出采空區(qū)“三帶”寬度分布圖,如圖3所示。圖3徐莊礦7235綜放面采空區(qū)“三帶”分布7結(jié)論(1)為了提高注氮效果,必須實