注氮对综放面采空区内O2的浓度和“三带”宽度的影响

1、 专业技术文件 / Technical documentation 编号： 注氮对综放面采空区内O2的浓度和“三带”宽度的影响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.编制：_日期：_注氮对综放面采空区内O2的浓度和“三带”宽度的影响温馨提示：该文件为本公司员工进行生产和各项管理工作共同的技术依据，通过对具体的工作环节进行

2、规范、约束，以确保生产、管理活动的正常、有序、优质进行。本文档可根据实际情况进行修改和使用。 马汉鹏1,王德明1,何启林2(1.中国矿业大学能源学院,江苏徐州221008;2安徽理工大学资管系,安徽淮南232001)摘要:介绍了徐庄煤矿7235综放面开采中,采用埋管注氮方式向空区注氮,防止采空区遗煤氧化自燃。在采空区预埋束管,测量在注氮与不注氮的情况下各测点氧气浓度的变化情况,以及对采空区“三带”宽度的影响,为确定合理的注氮工艺和提高注氮效果提供了科学的指导。关键词:埋管注氮;注氮效果;“三带”宽度中图分类号:TD75+2.2文献标识号:B文章编号:1003-496X(2021)01-0011

3、-031问题的提出上海能源股分有限公司徐庄煤矿7235工作面是该矿的第一个综放工作面。本工作面所采的7煤层自然发火比较严重(发火期为36个月)。为了保证该工作面安全的回采,该工作面建立了氮气防灭火系统,在井下制取氮气,采用埋管方式向采空区注氮,在向采空区注氮过程中,采空区O2浓度是如何变化的,注氮后对采空区“三带”有何影响等问题,一直困扰着矿里有关技术部门和管理部门。只有搞清这些问题之后,才能确定合理的注氮时间;才能确保采空区遗煤不自燃的情况下,选择经济合理的注氮工艺。2工作面概况7235综放工作面煤层厚度变化较小,平均厚度为5.16 m,煤层倾角8.422.9,平均17.8,属于中硬12.5

4、%,挥发份36%,煤尘具有强爆炸性,瓦斯含量低。工作面宽140 m ,走向长1 200 m ,采用上海能源股分有限公司自制的MGD-150NW型综放采煤机割煤,工作面运输使用SGD-70/90W型输送机,日进尺3.6 m,平均日产量2 800 t。3注氮管的布置方式与注氮工艺将制氮机放置在采区下部车场内,沿工作面进风巷,靠巷壁铺设注氮干管,并固定在支柱上,每隔20 m引出注氮支管,并在支管上安装闸阀,以控制氮气的注氮量。支管端部安设特制埋管器与防阻铜网,以90弯管拐向采空区,与工作面平行。氮气释放口应高于底板。随着工作面推进,埋管逐渐进入采空区,当埋入采空区的第一个注氮口与工作面相距20 m时

5、,打开第一闸阀开始向采空区注氮。当注氮口与工作面相距40 m时,封闭该注氮口,启用下一个注氮口,整个注氮过程中,注氮口是依次下延。注氮方式采用间断式,每天注8 h,注氮量200m3/h。4采空区气体取样方法为了探索7235工作面采空区O2浓度随工作面向前推进变化规律和注氮对其影响,在工作面上、下顺槽各布置3趟带有强力保护套的束管,内径为10 mm。为了防止束管被冒落的矸石砸坏,外用25 mm铁管保护,取样头外面套上50 mm和100 mm铁管,两层铁管壁上打有30个小孔,用铜网将取样头的铁管包裹起来以防碎煤进入,并通过90的弯头和法兰与沿采空区走向布置的铁管联接起来。为了防止抽气时铁管中的空气

6、漏入束管中,在法兰与铁管的联接处,塞入600 mm厚的黄泥和50 mm厚的泡泥。以防止漏气与阻塞。束管在采空区的布置方式如图1所示。第一个取样点埋进20 m后,各取样间距20 m,最长取样距离180 m。在抽气站用自行改制的防爆抽气泵抽取气样,每天由通风科派专人下井开启抽气泵,为了提高取样精度,每次取样前应先预抽15min排除束管中的空气,所取样送上海能源股分有限公司通风实验室进行气相色谱分析。1#6#-取样头位置;7-注氮管;、-抽气站图1采空区束管布置示意图5测定结果的分析为了解采空区在注氮刚开始的一个星期内O2浓度变化与注氮工艺的关系,每天取样4次进行气相分析,采空区6个取样点O2浓度与

7、注氮工艺的关系见表1。表1测点O2浓度随时间的变化表%取样时间1#点2#点3#点4#点5#点6#点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:注氮时间8:10-16:10从表1知:3#、4#两点漏风风速小,在采空区窒息带内,O2的浓度在不注氮过程中,上升的速度较慢;2#、5#两点在注氮时,其O2的浓度降低到10%以下,注氮停止后,其O2浓度上升到10%以上的时间为8 h;1#、6#两

8、点,在注氮时对其氧的浓度有影响,O2的浓度降低,但在10%以上,说明注氮对采空区氧的浓度影响是有一定的范围的。为了提高注氮效果,在采空区的下隅角,用15m长的挡风布 帘阻风,再测定6个取样点O2浓度变化与注氮工艺的关系,结果见表2。表2采空区测点O2浓度随时间的变化表%取样时间1#点2#点3#点4#点5#点6#点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:注氮时间8:10-16:10从表2知:采用

9、了采空区的下隅角阻风措施后,测点的O2的浓度明显下降,采空区氧化带的宽度变窄,注氮效果明显提高。通过对6个测点的综合分析得出注氮与不注氮情况下O2浓度沿采空区走向变化情况,见表3和图2。表3O2浓度沿采空区走向变化情况距离/m 0 20 40 60 80 100 120O2浓度/%(未注氮)19.8 19.2 15.2 13.3 11.5 9.5 6.8O2浓度/%(注氮)19.8 19.3 13.3 11.8 7.8 4.5 3.9图2采空区氧的浓度沿走变化趋势从表3知:注氮后采空区O2的浓度,沿走向O2的浓度下降的速度比未注氮情况下快,且影响较大的区域是距工作面距离80 m的采空区。6采空区滤流场解算假设采空区是二维流场,借助于孔隙介质流体力学的有关原理,以渗透定律为基本方程,将采空区视为连续孔隙介质,通过阻力测定确定出解算滤流场的已知条件。将采空区划分成为若干个边长为10 m的等腰直角三角形单元,将直角边、节点以及三角形单元按一定的顺序编号,利用计算机用有限元解算出各边的比风速,再结合测点O2浓度作出采空区“三带”宽度分布图,如图3所示。图3徐庄矿7235综放面采空区“三带”分布7结论(1)为了提高注氮效果,必须实