[发明专利]一种高瓦斯采空区自燃“三带”的判别方法

说明书

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。