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工作面“三带”观测技术与应用1. 引言1.1 研究背景工作面“三带”观测技术是一种用于煤矿开采过程中的地质监测技术，通过对工作面地质情况的实时观测和分析，帮助矿山管理者做出科学决策，确保矿井的安全生产。
随着矿业行业的发展和现代化技术的不断普及，工作面“三带”观测技术的重要性也越来越凸显。
研究背景部分将介绍工作面“三带”观测技术的起源和发展历程，分析其在煤矿开采中的重要作用以及现有技术的局限性。
将探讨国内外相关研究现状，总结目前学术界对该技术的认识和应用情况。
通过对研究背景的梳理，可以更好地了解工作面“三带”观测技术的研究现状和发展趋势，为后续内容的展开做好铺垫。
1.2 研究意义：工作面“三带”观测技术是煤炭开采中的重要技术之一，其研究意义主要体现在以下几个方面：工作面“三带”包括地质构造三带、煤层裂隙三带和瓦斯运移三带，对于煤炭开采的安全和高效具有重要影响。
通过对三个关键带的观测分析，可以有效地评估开采区域的地质构造特征、煤层裂隙分布和瓦斯运移规律，从而为安全开采提供依据。
工作面“三带”观测技术可为煤炭资源勘探和评价提供支撑。
通过对地质构造、煤层裂隙和瓦斯运移情况的观测，可以准确地判断煤层的厚度、赋存状况和瓦斯赋存状态，为资源勘探和评价提供可靠的依据。
工作面“三带”观测技术还可为煤矿安全生产提供技术支撑。
通过对煤矿工作面“三带”情况的观测，可以及时发现地质灾害隐患、煤层赋存异常和瓦斯积聚情况，为煤矿的安全生产提供可靠的技术支持。
2. 正文2.1 工作面“三带”观测技术概述工作面“三带”观测技术是指通过对地质构造、煤层裂隙和瓦斯运移三个方面的观测和分析，来全面了解煤矿工作面周围的地质条件和矿井安全隐患，为矿山生产提供科学依据和技术支持。
工作面“三带”观测技术主要包括地质构造观测、煤层裂隙观测和瓦斯运移观测三个方面。
地质构造观测主要通过地质测量仪器和设备，对工作面附近的构造特征进行详细的调查和记录，以揭示地层的变化和构造裂隙的分布情况。
工作面回采专项防火措施根据西安科技大学对11113工作面防火技术与装备研究成果,安徽建筑工业学院对采空区“三带”测定、通风系统均压、抽采平衡技术研究的成果和经验,结合现场施工编制潘北矿11313工作面顶分层回采期间防治自然发火技术措施。
1. 概况1.1 工作面概况11313工作面位于矿井东一(A组煤)采区,工作面沿走向布置,设计可采走向长780m,倾斜长123m,上风巷长1125 m,下顺槽长1055m,可采储量52.4万吨,工作面上风巷标高-413.8~-442.5m,下顺槽标高-455.8~-480.4m。
工作面计划回采时间2022年4月~2022年12月。
3. 煤面内厚4.55~7.22m,平均5.77m,煤层比较稳定,结构简单,属于半亮-半暗型煤,硬度较小。
3煤层上距4-1煤约70m,下距1煤层0.5~1.99m,平均1.28m。
1煤厚2.52~4.35m,平均3.5m。
根据11313工作面上下顺槽实际揭露资料,发育断层14条,其中落差大于3m的7条,小于3m的7条。
由于A组煤厚度较大,采用分层开采方式,其中A组煤分两层开采,先采3煤顶分层,采高4.5m.11313工作面A组煤自燃发火期3~6个月。
1.2 通风系统该面采用U型通风方式,11313工作面顶分层回采期间预计配风量为1080m3/min。
进风路线:①地面→副井→-490m东翼运输大巷→-490m东翼轨道石门、-490m东翼皮带石门→-490m东翼A组煤皮带巷→11313下顺槽→11313工作面②地面→副井→-490m东翼运输大巷→-490m东翼轨道石门→11313下顺槽进料联巷→11313下顺槽→11313工作面回风路线:11313工作面→11313上顺槽→A组煤回风上山→-490m东翼A组煤回风巷→-480m东翼回风石门→-490m东翼回风大巷→风井→地面;1.3 防灭火系统(1)灌浆系统地面设有泥浆搅拌站,总容量144 m3,安设制浆能力13.6 m3/h的泥浆搅拌机3台,泥浆用Φ168__12mm管路通过钻孔向井下-490m东、西采区输送。
潘三矿11-2煤层瓦斯地质规律
刘永春;张德雷;曹思华
【期刊名称】《煤炭技术》
【年(卷),期】2006(25)11
【摘要】论文从影响煤层瓦斯含量因素着手,结合地质构造发育特征,构建11-2煤层瓦斯地质构造单元,划分突出危险性区域,总结11-2煤层瓦斯赋存及瓦斯地质规律,以便施工中采取针对性的瓦斯治理措施,提高了采掘进度,加快了11-2煤保护层开采力度,保障了被保护层13-1煤层工作面安全、快速施工,确保高产、高效矿井安全生产和可持续发展。
【总页数】3页(P102-104)
【关键词】瓦斯含量;地质构造;瓦斯地质;规律
【作者】刘永春;张德雷;曹思华
【作者单位】淮南矿业集团公司资环部
【正文语种】中文
【中图分类】TD163
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薄煤层综采工作面安全高效开采在潘二矿的应用摘要:由于薄煤层赋存条件为不稳定或极不稳定型,开采难度较大,已成为制约淮南矿区主采煤层安全高效开采的瓶颈。
通过对薄煤层安全高效开采的实践应用,不断总结经验,逐步形成薄煤层作为保护层开采的瓦斯抽采技术体系,有利于矿区持续稳定健康发展。
关键词:薄煤层安全高效应用淮南矿区煤炭资源丰富,地理位置优越,是国家重点发展的矿区之一。
矿区薄煤层是各主采煤层的主要保护层,现有生产及在建矿井薄煤层保有地质储量11亿吨,占矿区保有地质储量95.6亿吨的11.5％。
由于薄煤层赋存条件为不稳定或极不稳定型,开采难度较大,已成为制约矿区主采煤层安全高效开采的瓶颈。
近年来,通过对薄煤层安全高效开采的实践应用,不断总结经验,逐步形成薄煤层作为保护层开采的瓦斯抽采技术体系,对矿区持续稳定健康发展有着十分重要的意义。
1 工作面概况1.1 工作面位置12225工作面位于潘二矿西二采区西翼二阶段,南临12125工作面,北以设计标高为准,东起西三B4煤层上山,西以F212-1断层为界。
工作面上限标高为-399 m,下限标高为-430 m,工作面走向长549 m,倾向长180 m,面积98820 m2。
1.2 煤层及顶底板情况开采煤层为5-2煤,煤层平均厚度为1.2 m,平均倾角7°,为黑色、块状～粉末状半暗型煤,具有煤尘爆炸危险性,自然发火期一般为3～6个月。
5-2煤层直接顶板为泥岩,厚度0～0.9 m,平均厚度0.5 m,灰黑色,含大量植化碎片和云母片。
老顶为粉细砂岩,厚度7.7～18.5 m,平均厚度13.0 m,灰～灰白色,粉粒～细粒砂状结构。
直接底为砂质泥岩,厚度1.8～3.8 m,平均厚度3.2 m,浅灰～深灰色,以细粒粉砂岩为主,局部岩性破碎。
老底为细砂岩,厚度0.7～7.0 m,平均厚度4.5 m,浅灰色,细粒结构,泥砂质胶结,性硬,局部含菱铁。
5-2煤层与下伏突出煤层4-1煤平均法距13.1 m,5-2煤的上下邻近煤层主要特征见表1。
“三软”煤层大采高工作面采场覆岩运动规律数值研究肖家平1，韩磊2，姚向荣1，周波1（1.淮南职业技术学院，安徽淮南232001； 2.安徽理工大学，安徽淮南232001）［摘要］基于大采高煤层开采后上覆岩层运动、破坏特征和应力特性变化规律，结合潘一矿1521（3）工作面工程地质条件，采用UDEC 数值分析软件模拟上覆岩层力学变化与破坏过程，分析了“三软煤层”上覆岩层运动结构特点、运移规律及应力分布情况，并利用工程实测对该模拟结果进行了验证，对我国的大采高开采理论研究作了有益的探索。
［关键词］“三软”煤层；大采高；覆岩运动规律；数值模拟［中图分类号］TD325［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2012）01-0008-04Numerical Simulation of Overlying Strata Movement Rule of Large-mining-heightMining Face with Soft Roof ，Soft Coal and Soft FloorXIAO Jia-ping 1，HAN Lei 2，YAO Xiang-rong 1，ZHOU Bo 1（1.Huainan Vocation Technology Institute ，Huainan 232001，China ；2.Anhui University of Science ＆Technology ，Huainan 232001，China ）Abstract ：This paper applied UDEC to simulating mechanical variation and broken procedure of overlying strata on the basis of geolog-ical condition of 1521（3）mining face in Panyi Colliery.It analyzed structure characteristic ，movement rule and stress distribution state of overlying strata in mining soft coal-seam with soft roof and soft floor.An engineering example proved the result of numerical sim-ulation.Key words ：soft coal-seam with soft roof and soft floor ；large mining height ；movement rule of overlying strata ；numerical simulation［收稿日期］2011－03－14［基金项目］淮南职业技术学院院级重点科技基金资助项目（HKJ10－1）；2010年安徽省高等学校省级自然科学研究项目（KJ2010B208）（），，。
煤 炭科技2019年第1期32 COAL SCIENCE &TECHNOLOGY MAGAZINE No.12019文章编号：1008-3731 (2019)01-0032-03综放工作面采空区“三带”高度分布特征数值模拟研究魏有胜(淮南矿业（集团％有限责任公司煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，安徽淮南232000)摘要：煤矿开采过程中，岩层遭到破坏，采空区上方出现了明显的“三带”特征，详细掌握岩层“三带”分布规律，有利于较为定量的分析采空区瓦斯赋存和导水裂隙带高度，并能分析采空区对临近工作面及临近巷道的影响，从而为高、低位抽采巷&顶板高、低位钻孔）层位布置，临近工作面及临近巷道布置提供依据。
通过对阳煤集团新大地煤矿综放工作面采空区 岩破坏数，采空区“三带”高度分布规律，从而指导矿 开采件下选择高、低位抽采巷和顶板高、低位钻孔布置层位，进而取得较的瓦斯抽采效果。
关键词：综采放顶煤；采空区“三带”高度;覆岩变形破坏数值模型；数值模拟分析中图分类号:T D752 文献标志码：BNumerical Simulation Study on Distribution Characteristics of "Three Zone" Height in Goaf of Fully-mechanized Caving FaceW E I You-sheng(National Engineering Research Center for Coal Mine Gas Control,Huainan Mining (Group)Co.,Ltd.,Huainan,Anhui, 232000)Abstract: During the coal mining process,the rock stratum i s destroyed,and the obvious"Three Zone"feature appears above the goaf.Mastering the distribution pattern of"three Zone"in rock formations i s beneficial t o the quantitative analysis of gas occurrence and water-crushing belt height in goaf,and can analyze the influence of goaf on adjacent working face and adjacent roadway,so as to provides a basis for the layout of strata in high and low level extraction roadways(high and low level boreholes in roof),and provides a basis for the layout of the adjacent working face and adjacent roadway.In this paper,a numerical model of overburden deformation and failure in the goaf of the fully-mechanized caving face of the Xindadi Coal Mine of Yangquan Coal Industry Group was established,the distribution law of the"three belts"in the goaf was also obtained,so as to guide the mine t o select high and low pumping under similar mining conditions,and t o achieve a better gas drainage effect. Keywords：fully-mechanized top coal caving;"Three Zone"height in goaf;numerical model of overburden deformation and failure;numerical simulation analysisCLC number: T D752 Document identification code: B2019年第1期魏有胜:综放工作面采空区”三带”高度分布特征数值模拟研究331模拟区基本情况1.1 15302工作面概况新大地煤矿15302回采工作面位于一水平三 采区，采用走向长壁方式布置，设计走向长度1 310 m，回米长度1 057 m，倾斜长度190 m，地面标高为 1 340〜1 470 m，工作面标高984〜1 065 m。
潘二煤矿11215工作面支架快速对接技术研究一工作面概况（一）回采地质条件11215工作面切眼自11215上顺槽按照N35°方位施工132m至下顺槽，标高-473m～-550m。
该工作面回采煤层为6-1、5-2、5-1煤。
其中6-1煤层厚度0.4～4.7m，平均煤厚为1.5m，发育不稳定，切眼上口向下50m、向西35m范围存在6-1煤煤厚增厚区（区内6-1煤厚2.4-4.7m，平均煤厚3m）。
5-2煤层厚度0.8～3.6m，平均煤厚为2.6m。
5-1煤层厚度0.6～1.8m，平均1.1m。
6-1煤与5-2煤之间为一层厚为0～6.5m的泥岩，层间距走向上由东向西、倾向上由南向北逐渐变大，5-2煤与5-1煤之间为一层厚0～1.5m的泥岩，厚度较稳定，平均厚度0.9m。
煤层顶底板情况见下表：表1 11215工作面煤层及顶底板情况该面总体形态为一单斜构造，煤(岩)层产状15～42°∠29°。
（二）工作面布置情况原11215工作面2016年5月至12月累计回采143m，因工作面片帮漏顶严重，被迫提前收作、封闭。
新开切眼距离原11215工作面收作线平距约106m，新上顺槽内错原上顺槽3~7m布置，下顺槽沿用原巷道。
新11215工作面设计面长115.5～126.5m，平均122m，走向回采长度590m。
二、存在的难点工作面煤层赋存及顶底板条件复杂，赋存的6-1煤、5-2煤和5-1煤，煤层层间距小，且煤层厚度变化大，夹矸发育，煤层及顶板为煤岩互层状复合顶板。
工作面煤层倾角大，平均倾角29°，最大达42°。
该工作面因煤层赋存条件起伏变化影响，工作面面长布置参数变化大，倾斜面长由最短115.5m变为最长126.5m，累计增加11m，平均面长122.1m。
因此，为适应工作面面长变化，需要根据回采情况适时增加支架数量和运输机长度，在大倾角工作面回采条件下，支架对接，运输机加长施工是一大难点。
潘二煤矿11223工作面采空区自燃“三带”分布规律
淮南矿业集团公司潘二煤矿
安徽建筑大学
2014年12月
潘二煤矿11223工作面
采空区自燃“三带”分布规律
1、概述
采空区按漏风强度和遗煤自燃的可能性分为散热带、自燃带和窒息带。
采空区的“三带”随工作面的推进向前移动，满足下列条件时，处于三带中的遗煤即可能发生自燃发火：
s f t v W
式中 W-——自燃带距工作面的最远距离，m ；
f v ——工作面的推进速度，m/月；
s t ——煤层的自燃发火期，月。
由此可以看出：研究工作面供风量与采空区漏风量的关系，确定不同供风条件下工作面采空区煤炭自燃的“三带”对工作面的防火工作有着重要的现实指导意义。
一般学者认为以氧浓度划分采空区自燃“三带”的标准是：通风散热带为≥18%；自燃带为C(o 2)<18%且C(o 2)>10%；窒息带为<10%。
根据煤炭科学研究总院重庆分院的实验研究，不同氧化性的煤在C(o 2)≥5～6%时，还可能在其着火温度前激烈氧化升温，有发火危险性，因此将可能自燃带划分的氧指标定为6%≤C(o 2)≤18%，窒息带定为<6%。
目前在井下可实施的措施来看，主要的方法有测温法和测气体浓度法两种。
测温法、测气体浓度法主要是在采空区预埋一定数量的热电偶、抽气管来实现测试采空区内各点温度、气体（主要是O 2）浓度变化，再根据观测数据绘制等温线、气体浓度等值线来划分采空区自燃三带。
对于测温法，由于连接信号采集器与热电偶间的导线较细，在生产过程中很容易被损坏，导致观测工作的失败，故这一方法
目前较少使用。
而使用测气体浓度法时，抽气管的保护较易实现，故这一方法得到较广泛的应用。
2、11223工作面概况
11223工作面位于东一采区，巷道沿3煤顶板掘进，属于突出煤层突出危险区域，3煤厚4.6～8.5m, 平均厚5m，局部含有平均0.3m 的泥岩夹矸；1煤厚3.21～6.5m, 平均厚3.5m，3煤与1煤层间距平均1.5m，3煤距4煤78～80米，距C31灰岩20米。
11223工作面上顺槽设计长度1590m，下顺槽设计长度1760m。
工作面可采走向长1470m，倾斜长180m，可采储量约203万t。
上顺槽标高为-460.1～-498.6m，下顺槽标高为-500.1～-554.8m。
下顺槽掘进期间最大倾角28°，工作面切眼平均倾角14°，东一段平均倾角为18°。
图1 11223工作面巷道布置平面示意图
3、采空区“三带”分布数值模拟
依据实际情况，使用Fluent建立采空区三维模型，基本的物理模型取：采空区走向长为400m，工作面长度为180m，采空区高度为50m，建立一源一汇的三维模型；本模拟中工作面进风量为2200m3/min。
Q=2200 m3/min
图2 11223采空区模型及网格划分示意图
（1）采空区风流分布的模拟
本次模拟中将整个采空区的孔隙率分布采用UDF写入。
利用FLUENT模拟软件对其进行解算，得出稳态条件下的风流流动。
采空区流场及氧气浓度分布如图3~图4所示。
（b）采空区底板速度分布（0.1~0.24m3/（m2·min）图3 11223采空区流场分布图
（a）采空区氧气浓度分布三维图
（b）采空区底板处氧气浓度分布
图4 11223采空区底板氧气浓度（10%~20%）分布图
（2）模拟结果分析
通过对以上两种采空区孔隙率分布分别进行模拟的结果分析可以看出：
1) 图3a为采空区流场（速度在0.1~0.24m3/（m2•min））分布图，图3b中平行于工作面切片距离工作面约85m，依据采空区的风速等值线图可知，采空区易自燃区域最远距离约为85m，该区域随着工作面的推进的变化而变化；
2) 图4a为采空区氧气浓度分布图，图4中平行于工作面切片距离工作面96m，由氧气浓度等值线可知，氧气浓度小于10%的区域在距离工作面96m之后。
3) 综合以上各图可以发现，以漏风速度和氧气浓度分别作为易自燃发火区域的判断标准，因此，易自燃区域最远距离约为85~96m。
4、束管布置
4.1 束管测点位置布置
在综合考虑工作面现状和矿井现有设施的基础上，拟准备随着工作面的推进，在工作面上风巷布置采样束管，通过气体成份分析确定采空区不同位置处CO、CH4、O2等气体浓度，判断采空区煤自燃状态，根据O2浓度的变化规律，确定采空区自燃危险区域的范围分布。
为避免西一B巷道以及工作面东、西翼间拐角影响，待工作面进入东一区域开始布置束管，监测采空区气体浓度。
工作面共布置了6个束管监测点，其中上风巷和下顺槽各3个测点。
上风巷离工作面最近的测点距离ZP34向工作面方向9m处，剩余2个测点分别距前一个测点19m；下顺槽离工作面最近的测点距离JK45向外口方向20m处，剩余2个测点分别距前一个测点19m。
各测点编号如图5所示。
随着工作面的推进，当两巷第一个测点进入采空区后，开始采
集束管气样，送实验室化验O2、N2、CH4、CO以及烯烃和炔烃的气体浓度。
图5 工作面束管监测测点布置示意图
4.2 束管采样口布置与采样方法
束管监测工作面采空区120m范围内气体成分，放置在2吋保护铁管中，铁管沿底板靠外帮一侧放置。
利用井下抽采系统采样，通过地面气相色谱分析采样气体成份。
束管取样口三通保护及取样管的设置见图6。
图6 三通保护及气体取样管示意图
隔离密封材料可采用橡胶塞或者适量黄泥，在完成密封后应检查各个束管通气性。
束管采样方法，具体如下：
(1) 将抽采管路连接至闸阀1、束管连接至闸阀2，关闭闸阀3，然后打开闸阀1和2，利用抽采系统负压抽气。
(2) 待抽气10分钟后（可使束管稳定抽采到采空区气体），将抽气筒与球胆连接至闸阀3，然后关闭闸阀1，打开闸阀3，用抽气筒采集气样至球胆。
(3) 采集好气样的球胆用夹子密封好，并依据所采集束管号编号，送至地面化验。
5、采空区“三带”分布规律
依据数值模拟和实测的氧气浓度分布判断采空区“三带”分布规律，一般认为氧气浓度低于10%的区域为窒息带。
由于部分埋设管路进入采空区后，受破碎岩石挤压破坏，导致所测数据波动较大。
剔除波动较大的数据后，将6组数据拟合，结果如图7所示。
并得出氧气浓度与进入采空区深度x 的关系式，如下：
24 2.183O 21.859 5.10710C x -=-⨯
依据现场观测结果，前60m 氧气浓度下降较慢，原因在于工作面采高大，导致漏风较大，氧气浓度变化不明显。
实测进入采空区约95m 后为窒息带，拟合公式计算进入采空区约100m 后为窒息带。
因此，综合数值模拟结果，易自燃区域最远距离约为96~100m 。
以A 组煤3煤自燃发火期45d ，自燃带距工作面最远100m 计算，工作面
月(31天)推进速度应大于69m ，可以避免“三带”中的遗煤发生自燃。
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
氧气浓度(%)进入采空区深度(m)
图7 采空区深部氧气浓度变化
如图8所示，测定期间工作面保持较高的推进速度，平均月进尺约78m ，束管监测区域CO 浓度得到很好的控制，一般均小于20ppm 。
10
20
304050
60
C O 浓度(p p m )进入采空区深度(m)
图8 束管监测期间CO 浓度。
