[发明专利]一种工作面采空区深部自燃氧化情况的判断方法

说明书

技术领域

本发明涉及采煤工业技术领域，具体涉及一种工作面采空区深部自燃氧化情况的判断方法。

背景技术

气体分析法是根据煤的自燃发火不同发展阶段产生的不同气体产物和其浓度进行工作面采空区自燃发火预测预报的一种方法，其基本方法就是根据工作面采空区中某些气体的存在及其浓度变化特征来判断工作面采空区煤炭自燃发火状态及阶段的，是目前煤自燃预测预报应用最广泛的方法。

煤在氧化升温过程中，会释放出CO、CO₂、烷烃、烯烃以及炔烃等指标性气体。这些气体的产生率随煤温上升而发生规律性的变化，能预测和反映煤自燃发火状态。CO气体贯穿于整个煤自燃发火过程中，一般在50℃以上就可测定出来，出现时浓度较高。烷烃(乙烷、丙烷)出现的时间几乎与CO同步，贯穿于煤自燃发火全过程，但其浓度低于CO，而且在不同煤种中有不同的显现规律。烯烃较CO和烷烃出现的晚，乙烯在110℃左右能被测出，是煤自燃发火进程加速氧化阶段的标志性气体，在开始产生时，浓度略高于炔烃气体。炔烃出现的时间最晚，只有在较高温度段才出现，与CO气体、烯烃之间有一个明显的温度差和时间差，是煤自燃发火步入剧烈氧化阶段(也即燃烧阶段)的产物。因此，可以利用这些指标气体产生量的变化，来进行煤层火灾的早期预报。最新研究成果表明，可以使用一氧化碳、乙烯及乙炔三个指标气体，综合地将煤炭自燃划分为三个不同的发展阶段：缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和剧烈氧化阶段。矿井风流中只出现10^-6级的一氧化碳时为缓慢氧化阶段，出现10^-6级的一氧化碳、乙烯时为加速氧化阶段，出现10^-6级的一氧化碳、乙烯及乙炔时为剧烈氧化阶段，此时即将出现明火。

目前国内外普遍采用CO气体作为煤层火灾预报的主要指标气体，原因有两个，首先，煤在低温氧化过程中，CO的生成量与煤温之间有十分密切的关系，随着煤温的升高，CO浓度的变化量最明显并且CO的检测比较容易、方便，采用CO作为指标气体比较灵敏；其次，煤层中一般不含有CO，井下爆破工作所产生的CO能很快被风流所稀释和排除，因此，采用CO气体作为煤层火灾预报的指标气体比较准确。在以前的现场和科研中，大部分人都将煤层采空区气样中CO的含量作为对工作面采空区自燃发火危险的一个重要指标，以及时的反映工作面采空区的自燃情况和危险程度。但是，实际采集煤层采空区气样时，难度却较大，目前的操作方法是在工作面采空区布置测点直接取样分析，但测点随工作面的推进相对工作面不断后退，当测点退到自燃带时，此时就失去了预报的意义。更重要的是，工作面采空区布点需要大量的材料，而且管路很容易被砸坏，可靠性差，耗时耗力。因此通过采集煤层工作面采空区气样，并对采空区气样成分的变化进行分析，实现对工作面采空区自燃发火危险的预报，以用于指导工作面采空区现场的自燃防治就变得极为困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作面采空区深部自燃氧化情况的判断方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种工作面采空区深部自燃氧化情况的判断方法，包括以下步骤：采集高抽巷气体，对所述高抽巷气体进行分析，根据所述高抽巷气体成分的变化，判断工作面采空区深部自燃氧化情况。

高抽巷内的气体有两部分组成，分别为本煤层采空区瓦斯气体和邻近煤层原始瓦斯气体。设高抽巷中气体单位体积中本煤层采空区瓦斯气体体积为x，高抽巷中来自邻近煤层的原始瓦斯气体体积为y，注入氮气遗留下的氮气体积为z，因此可得出以下方程。

氧气质量守恒得出：

瓦斯质量守恒得出：

氮气质量守恒得出：

一氧化碳质量守恒得出：

X·C_采空区CO＝C_高抽巷CO                           (4)；

乙烯、乙炔质量守恒得出：

综合方程(1)～(6)可以得出，高抽巷中气体单位体积中本煤层采空区瓦斯气体体积x为：

高抽巷中来自邻近煤层的原始瓦斯气体体积y为：

注入氮气遗留下的氮气体积z为：

将式(7)分别代入式(4)、式(5)、式(6)，可以得出：