專利名稱：一種高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采煤工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)煤自燃的基本條件，采空區(qū)遺煤自燃大體可劃分為三個帶，即散熱不自燃帶、可能自燃帶和窒息帶。目前劃分自燃“三帶”有三種標準，分別為以采空區(qū)內(nèi)的漏風強度為標準劃分自燃“三帶”、以采空區(qū)內(nèi)的氧氣濃度為標準劃分自燃“三帶”、以采空區(qū)內(nèi)的溫度分布為標準劃分自燃“三帶”。以采空區(qū)內(nèi)的漏風強度為標準劃分自燃“三帶”，即按照采空區(qū)內(nèi)漏風風速劃分，采空區(qū)內(nèi)散熱不自燃帶漏風風速大于0. 24m/min，可能自燃帶漏風風速為0. 24 0. Im/min，窒息帶漏風風速小于0. lm/min。以采空區(qū)內(nèi)的溫度分布為標準劃分自燃“三帶”，即根·據(jù)測點的升溫特征，在采空區(qū)某區(qū)域升溫率K(°C /d)大，反映了該區(qū)域危險性大，根據(jù)升溫率K這一指標，可以圈劃出可能自燃氧化帶寬度。以升溫率K可能出現(xiàn)大于等于1°C /d的區(qū)域作為劃分標準。以采空區(qū)內(nèi)的氧氣濃度為標準劃分自燃“三帶”，即按照氧氣濃度劃分，散熱不自燃帶氧氣濃度大于18%，可能自燃帶氧氣濃度為18% 10%，窒息帶氧氣濃度低于 10%。以上三個劃分自燃“三帶”的標準，其中漏風強度標準和氧氣濃度標準實質(zhì)上是一致的，二者都是以采空區(qū)內(nèi)漏風流情況為劃分“三帶”的依據(jù)。但是在采空區(qū)內(nèi)測量漏風風速較難做到，按漏風強度劃分“三帶”的標準通常用在數(shù)值模擬計算分析中。測取采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度相對容易，所以在現(xiàn)場實測分析中多采用氧氣濃度的劃分標準。在煤層開采過程中，采空區(qū)內(nèi)的氣體不僅來自于工作面的漏風，還來自于煤層中解析出來的瓦斯氣體。瓦斯氣體從煤層中解析出來后,與原有采空區(qū)內(nèi)的氣體混合,并占據(jù)氣體成分中的一定比例,使采空區(qū)混合氣體中各種氣體成分所占比例發(fā)生變化。因此,導致氧氣濃度降低的原因可能是這一區(qū)域的遺煤氧化強度增加，也有可能是瓦斯涌出而導致氧氣濃度降低。因此目前采用的氧氣濃度的劃分標準會受到煤層中解析出來的瓦斯氣體的影響，從而不能準確客觀地反映由遺煤氧化強度增加而導致的氧氣濃度下降，因此導致采空區(qū)自燃“三帶”的劃分不夠準確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別方法，該判別方法可消除煤層中解析出來的瓦斯氣體的影響。為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別方法，采用氧氣氮氣濃度比n為判別標準，所述氧氣氮氣濃度比n=采空區(qū)氣樣中氧氣的體積百分比濃度/采空區(qū)氣樣中氮氣的體積百分比濃度，n^O. 221的區(qū)域為散熱不自燃帶，0. 1117彡n < 0. 221的區(qū)域為可能自燃帶，n < 0. 1117的區(qū)域為窒息帶。
在煤層開采過程中，采空區(qū)內(nèi)的氣體不僅來自于工作面的漏風，還來自于煤層中解析出來的瓦斯氣體。瓦斯氣體從煤層中解析出來后,與原有采空區(qū)內(nèi)的氣體混合,并占據(jù)氣體成分中的一定比例，使采空區(qū)混合氣體中各種氣體成分所占比例發(fā)生了變化。但是，各種氣體成分的物理混合并沒有使各種氣體成分相互之間的濃度比值發(fā)生變化。因此，采用氧氣氮氣濃度比n為判別標準來判別高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”，可消除煤層釋放瓦斯對采空區(qū)自燃“三帶”劃分的影響，本發(fā)明提供的判別方法不會受到涌出瓦斯的影響。對于煤礦高瓦斯工作面采空區(qū)來說，采空區(qū)的氣樣中氧氣氮氣濃度比n發(fā)生了較大的變化，原因為一、煤層中釋放出來的原始瓦斯氣體中包含了部分N2 ;二、采空區(qū)遺煤的物理吸附和低溫氧化消耗掉部分氧氣。以上兩個原因就導致了采空區(qū)氣樣中的氧氣氮氣濃度比n比新鮮風流中的氧氣氮氣濃度比n要小。其中煤層中釋放出來的原始瓦斯氣體中所包含的N2量極少，對氧氣氮氣濃度比n的影響很小，可忽略不計，則采空區(qū)氣樣中的氧氣氮氣濃度比n的減小主要是由于采空區(qū)遺煤的低溫氧化耗氧所引起的。因此，采用本發(fā)明提供的高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別方法可以比較準確的反映高瓦斯礦采空區(qū)遺煤氧化 的強度，氧氣氮氣濃度比n降低,說明氧氣消耗增大,從而可以反映此區(qū)域的自燃發(fā)火危險程度高。本發(fā)明提供的高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別方法比較準確的反映了采空區(qū)氣體中氧氣的消耗情況，為高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別提供了一種較為科學準確的方法。一般采空區(qū)氣體中，散熱不自燃帶邊界的氮氣、氧氣和瓦斯?jié)舛瓤偤图s為99. 5%左右，其中，在沒有瓦斯涌出時(即煤層中沒有瓦斯氣體解析出來時)，氧氣體積百分比濃度為18%，氮氣的體積百分比濃度約為81. 5 %，氧氣氮氣濃度之比n為0. 221。在考慮瓦斯涌出影響時，由于瓦斯的涌出導致氧氣濃度和氮氣濃度同時降低，但氧氣氮氣濃度之比n仍為0. 221。通過實測結(jié)果計算得出，氧氣氮氣濃度比n和目前的采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度判別標準是--對應的，氧氣氮氣濃度比n對應的氧氣濃度判別標準見表I所示。表I氧氣氮氣濃度比n與氧氣濃度判別標準對應表
_自燃“三帶”__氧氣濃度__氧氣氮氣濃度比n 散熱不自燃帶__Cq2>18%__n>0.221
可能自燃帶__18%>Cq2>10% 0.1117<n<0.221
_窒息帶__Co2<10%__n <0.111

圖I為氧氣氮氣濃度比n為0. 221和0. 1117時，不同瓦斯?jié)舛惹闆r下采空區(qū)“三帶，，劃分氧氣濃度標準對應值圖。
具體實施例方式實施例本實施例提供的一種高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別方法，采用氧氣氮氣濃度比n為判別標準，氧氣氮氣濃度比n=采空區(qū)氣樣中氧氣的體積百分比濃度/采空區(qū)氣樣中氮氣的體積百分比濃度，n彡0. 221的區(qū)域為散熱不自燃帶，0. 1117 <0. 221的區(qū)域為可能自燃帶，n < 0. 1117的區(qū)域為窒息帶。
試驗例表2為山西某礦實測的不同采空區(qū)氣體成份的平均數(shù)據(jù)，從表2中可以看出，15108面的采空區(qū)瓦斯?jié)舛纫叱?5101面采空區(qū)的一倍左右，雖然它們的氧氣濃度差不多，但是15108面采空區(qū)的氧氣氮氣濃度比n卻比15101面采空區(qū)高0.015，15108面采空區(qū)的氮氣濃度比15101面采空區(qū)要低近4%。因此在散熱不自燃帶和可能自燃帶的邊界劃分過程中，氧氣氮氣濃度比n相比氧氣濃度能更好的反應采空區(qū)遺煤的自燃發(fā)火危險性。即本實施例提供的高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別方法更為科學準確。表2山西某礦氧氣氮氣濃度比n值
權(quán)利要求
1.一種高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別方法，其特征在于，采用氧氣氮氣濃度比n為判別標準，所述氧氣氮氣濃度比n=采空區(qū)氣樣中氧氣的體積百分比濃度/采空區(qū)氣樣中氮氣的體積百分比濃度，n>0. 221的區(qū)域為散熱不自燃帶，0. 1117彡n<0. 221的區(qū)域為可能自燃帶，n < 0. 1117的區(qū)域為窒息帶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別方法，該判別方法采用氧氣氮氣濃度比n為判別標準，所述氧氣氮氣濃度比n＝采空區(qū)氣樣中氧氣的體積百分比濃度/采空區(qū)氣樣中氮氣的體積百分比濃度，n≥0.221的區(qū)域為散熱不自燃帶，0.1117≤n＜0.221的區(qū)域為可能自燃帶，n＜0.1117的區(qū)域為窒息帶。本發(fā)明提供的高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別方法較準確的反映了采空區(qū)氣體中氧氣的消耗情況，為高瓦斯采空區(qū)自燃“三帶”的判別提供了一種較為科學準確的方法。
文檔編號E21F17/00GK102748073SQ201210104130
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者嚴家程, 劉壘, 宋萬新, 楊相玉, 楊勝強, 胡新成, 路培超, 鹿存榮 申請人:徐州中礦安達礦山科技有限公司