[建立采空区漏风动态监测预警系统,,防止老塘自然发火] 采空区

时间：2019-02-04 05:37:34 来源：千叶帆本文已影响人

　　摘要：本文利用风网解算程序，将采空区及漏风通道模拟为风网中的一个或几个漏风分支，当系统发生变化时，程序自动计算出采空区漏风量的变化情况，据此采取有针对性的防漏风措施。
　　关键词：采空区；漏风；动态监测；风网解算；预警；发火
　　
　　1 建立预警系统的必要性
　　根据煤的自然发火机理，煤层自燃发火必须具备以下四个条件:⑴ 可燃物即老塘遗煤的存在；⑵老塘连续供氧条件(即老塘墙漏风)；⑶有积聚氧化热量的环境；⑷ 上述3个因素要稳定持续一定时间(发火期)。在这四个条件中，老塘遗煤的存在是不可避免的。而处于封闭状态的采空区无疑给煤层的自燃贮热创造了条件。人们唯一可控制的就只有采空区漏风这一条件了。因此，采空区漏风的控制程度就决定了能否杜绝自然发火的关键。从井下生产的现场实际来看，采空区漏风主要由两方面因素决定的，一是密闭墙的封闭质量；二是采空区两端的压差大小。
　　由于采空区漏风量一般较小，利用常规的测风工具不容易测出其风量的大小，因而，在矿井通风系统发生变化后，也不能从量化的角度来分析采空区因漏风变化导致自然发火趋势性的发展变化。基于这种情况，建立一套采空区漏风动态监测系统，定量分析老塘漏风的变化情况，为防治老塘自然发火采取针对性的措施，而提供真实、可靠的技术依据有十分重要的现实意义。
　　2 系统建立的方法
　　2.1 利用计算机解算通风网络
　　利用计算机解算通风网络是近年来随着科学技术与监测技术的发展而产生的矿井通风管理新方法，通风网络图是矿井通风系统的基础上抽象而成的，是一种单线条的示意图，它是分析、研究矿井通风系统合理性、解算网络、通风管理必不可少的图线。由于网络图比系统图更能清楚的反映出各分支(巷道)、节点之间的关联信息，因此，由此分析得出的结论更适宜评估矿井通风系统的可靠性。要达到这一目的要经过以下几个过程：（1）根据现场情况绘制当前的通风系统图和通风网络图（风网1）；（2）测出本网络图中各巷道的特性参数；（3）编制上机数据表；（4）上机操作找出通风最大阻力线；（5）选择风机、确定风机工况点。
　　通风网络解算完成后，当某一分支系统发生变化或需要进行调整时，矿井的整个通风网络随之而变化，这时就可以很直观地了解其它各分支风量、风压的变化情况，进而有针对性地采取有效措施，确保矿井通风系统的稳定可靠运行。
　　2.2 采空区和通风系统的关系
　　由于采空区为不规则冒落区，封闭后存在较小的漏风，风流呈层流状态，漏风量一般较小，因此，在解算通风网络时，为简化网络系统，往往将这一部分忽略不计，但我们在建立采空区漏风动态监测系统时，却特意要将这部分作为矿井风网的一个分支加入当前通风系统。(风网2) 这里需要注意的是，采空区漏风分支的实际漏风量用毕托管和微压计测出，并将此风量作为矿井风网的固定风量加入风网系统，并测出墙风外的压差，计算出采空区的风阻值:
　　R＝h/Q1～2
　　在正常的通风系统中，采空区由于呈封闭状态，漏风较小，其漏风风量对系统的影响不大，而通风系统调整时，采空区的漏风变化虽很小，对整个系统亦无影响，但采空区漏风的变化有可能造成采空区内遗煤自燃聚热条件的形成，必须引起高度重视。
　　2.3 采空区漏风量与自燃发火的关系
　　如前所述，采空区漏风风流流动速度及风量对自燃发火往往起主导作用。漏风使遗煤氧化，同时又将氧化生成的热量带走，因此煤炭氧化生成的热量及其聚集与风速大小有直接关系。当风速过小时，供氧不足，氧化生成的热量很少，因此容易散失掉，不易积聚热量；当风速过大时，氧化生成的热量多，但又因大风速将热量带走，同样不能形成热量的聚集，以上两种情况都不会发生煤炭自燃。由此可见，只有当漏风存在且风速又不大时，即指有较为可靠充分的供氧条件，而氧化生成的热量又不会被风流大量带走，可以形成热量的积聚时，煤炭才会发生自燃。据资料分析，漏风风速为1.2～2.0m/min及漏风量为0.1～0.24m3/min时，对煤炭自燃发火十分有利。
　　3 系统的应用
　　3.1 计算采空区漏风量的变化
　　在整个矿井通风系统或某一局部通风系统调整时，根据需要变化的参数，输入计算机重新进行计算，结果输出后，检查、比较系统调整前后采空区漏风分支的风量变化情况，如果漏风量低于自然发火漏风警示值，则表示采空区的遗煤氧化处于安全状态；如果漏风量高于警示值，则表示采空区自然发火的危险性加大，必须采取相应措施降低采空区漏风量。
　　3.2 降低采空区漏风的方法
　　3.2.1 密闭漏风通道
　　正常情况下，回采工作面结束后，在一定时间内都要对采空区进行封闭，隔绝空气进入，防止自然火灾的发生，但绝对的空气隔绝在现场是不可能实现的，除风压外，影响漏风的因素如火墙质量、矿压大小、围岩状况、煤层间的采动顺序等都不同程度地影响着采空区的漏风，因此从封闭的手段上采取措施以隔绝空气进入采空区必须综合考虑上述因素，最大限度地提高封闭质量。另外，在条件允许的情况下，如工作面结束后的两道，有高低起的低洼点，用水淹没巷道某一段是最为有效的封闭方法，可以便采空区漏风达到最小化。
　　3.2.2 调整风压降低采空区漏风
　　由于封闭漏风通道防止自然发火受自然条件的影响较大，往往很难达预期的效果。因而，调整系统风压，以降低采空区进回两端的压差成为必然，这就是均压通风。由于压力测定工作量较大，且不能每进行一次系统调整都要进行压力测定，因而从防火的角度考虑系统调整时，首先在防火区的两端设定压差为近似0的某一数值，计算出其它分支的变化情况。现场操作时，再按这一结果进行相应的调整，即能达到最大程度地减少漏风的目的。
　　4 结论
　　采空区防火是个谈论已久的话题，均压通风作为防火的先进技术在现场也被广泛地推广使用，但在利用这一技术时仅仅是定性地分析，影响了采空区的防灭火效果，也大大限制了均压技术的发展。本文利用计算机计算包括采空区在内的通风网络，将均压通风技术由定性上升到量化分析的角度，可以最大限度地提高均压通风防灭火效果，使均压通风这一先进技术往更高便深层次发展奠定了基础。
　　
　　作者简介：
　　陈向荣（1969-）男，江苏南通人，助理工程师，2010年毕业于安徽淮北理工大学采矿系，现工作于徐州矿务集团公司庞庄煤矿通风工区。

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