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user: 4. 原因分析 4.1. 90303工作面上隅角出现CO的可能原因 1) 采空区遗留煤炭在氧气进入的情况下发生缓慢氧化发生阴燃，产生大量的CO气体，并随着风流涌入工作面上隅角。 2) 在90303工作面回采过程中采空区受矿压影响，导致90303采空区与相邻90302采空区、902采区的采空区相连通，最终相邻采空区内CO气体受通风负压影响涌入90303采空区，继而从90303上隅角涌出，导致90303上隅角出现CO气体。 3) 随着90303工作面推进，采空区顶板垮落，使对应地表塌陷或者出现裂缝，导致90303采空区与上覆4 # 煤层8505、8507采空区、北辅采空区及地表连通，形成漏风通道，造成上覆采空区内CO气体在通风负压的作用下涌入到本煤层采空区，又从采空区向上隅角涌出。 4.2. 针对不同情况采用类比法具体原因分析 类比分析法的工作原理是利用与拟建项目类型相同的现有项目的设计资料或实测数据进行工程分析的方法。是工程分析常用的方法，也是定量结果较为准确的方法。但该方法要求时间长、工作量大。在评价时间允许、评价工作等级较高、又有可资参考的相同的或相似的现有工程时，应采用此法。采用此法时，应充分注意分析对象与类比对象之间的相似性，如： 1) 工程一般特性的相似性。包括建设项目的性质、建设规模、车间组成、产品结构、工艺路线、生产方法、原料、燃料来源与成分、用水量和设备类型等。 2) 污染物排放特性的相似性。包括污染物排放类型、浓度、强度与数量，排放方式与去向，以及污染方式与途径等。 类比法也常用单位产品的经验排污系数计算污染物排放量。但是采用此法必须注意，一定要根据生产规模等工程特征和生产管理等实际情况进行必要的修正。 a) 针对采空区遗留煤炭自燃原因分析。 I) 运用类比法进行分析，由于90303综放工作面与其相邻的90302工作面都是回采的9 # 煤层，所开采煤层的厚度、倾角、地质构造基本相同，并且90302综放工作面切眼长度与90303综放工作面切眼长度一样也是173.2 m，同样都是采用的综采放顶煤回采工艺，采空区都遗留了大量的煤炭，因此具有很大的相似性和可比性。90302综放工作面于2020年5月18日回采结束开始铺网回撤到2020年7月4日工作面回撤结束历时46天，整个工作面在既没有回采并且又不断地通风的情况下采空区遗留煤炭未发生阴燃，上隅角也未出现CO气体，那么通过类比可知相同条件下90303工作面采空区遗留煤炭不可能发生阴燃。 II) 按采煤工作面采空区内浮煤自燃危险性的不同，可将采空区划分为散热带、自燃带和窒熄带。在采煤工作面推进过程中，采空区自燃“三带”范围和宽度随采煤工作面漏风量、氧浓度、浮煤厚度和采空区温度等因素动态变化。 目前采空区自燃三带划分有三个指标：漏风风速、氧气浓度、温升。划分如下： ① 散热带是指采空区漏风风速大于0.24 m/min，氧气体积浓度大于18%，温升∆T < 1℃/d且靠近工作面区域； ② 自燃带是指漏风风速在0.10~0.24 m/min，氧气体积浓度为10%~18%，温升∆T ≥ 1℃/d的区间； ③ 窒息带是指漏风风速小于0.10 m/min，氧气体积浓度小于10%，温升∆T < 1℃/d的采空区压实区。 重庆煤科院为后安煤矿9 # 煤层采空区自燃三带的进行了具体划分，后安煤矿9 # 煤层的散热带为紧靠工作面0~26 m，自燃带为26~105 m，窒息带为支架后方采空区105m以里的空间。90303综放工作面以每天3.8 m的速度向前不间断地推进来计算(即105 ÷ 3.8 = 27.6天，取整为28天)，则工作面连续推进28天即可将采空区遗留煤炭甩进采空区的窒息带。9 # 煤层的自然发火期为83天，所以采空区遗留煤炭在远远小于自然发火期(83天)的时间内就进入了采空区的窒息带(即进入窒息带时间为28天)，根本来不及自燃就已经被甩入窒息带，所以可以排除本煤层采空区自燃的情况。 III) 如表1所示，为90303工作面上隅角2020年8月1日至8月14日CO、CO 2 、O 2 气体浓度观测情况一览表。 Table 1 90303 List of corner gas conditions on working surfac 观测日期 观测地点 CO (ppm) CO 2 (%) O 2 (%) 2020.08.01 (10点) 上隅角 15 1.7 17 2020.08.02 (15:20分) 上隅角 18 1.32 15 2020.08.03 (10:20分) 上隅角 14 1.2 16 2020.08.04 (10:20分) 上隅角 16 1.3 15.8 2020.08.05 (10:30分) 上隅角 12 1.04 17 2020.08.06 (15:30分) 上隅角 19 1.42 15.7 2020.08.07 (9:20分) 上隅角 28 1.8 14.3 2020.08.08 (9:30分) 上隅角 19 1.52 14.8 2020.08.09 (9:30分) 上隅角 14 1.24 16 2020.08.10 (9:30分) 上隅角 17 1.29 15.4 2020.08.11 (9:30分) 上隅角 14 1.53 16.3 2020.08.12 (10:30分) 上隅角 25 1.47 15.9 2020.08.13 (23:30分) 上隅角 17 1.49 15.7 2020.08.14 (9:30分) 上隅角 19 1.63 15.3 表1. 90303工作面上隅角气体情况一览表 图1、图2、图3分别为90303工作面上隅角2020年8月1日至8月14日CO、CO 2 、O 2 浓度变化趋势图，其中横坐标代表从2020年8月1日至8月14日的观测日期，纵坐标分别代表CO、CO 2 、O 2 的浓度，由图1可知CO浓度最高点在28 ppm，最低点为12 ppm，平均值在16 ppm左右，但是总体趋势未出现快速上升趋势，这与采空区遗留煤炭发生自燃的规律不相符合，一般情况下如果采空区煤炭出现自燃现象，工作面的上隅角及回风顺槽的CO浓度会在短时间内呈现快速增长之势，最后出现烟雾和明火，但是在将近半个月的观察期内并未发现CO浓度快速增长，因此也可以排除采空区煤炭自燃的可能性。另外由图2、图3分析可知CO 2 浓度始终1.5%左右，而O 2 浓度15.5%左右，明显低于18%的标准 图1. 90303工作面上隅角CO浓度变化趋势图 图2. 90303工作面上隅角CO 2 浓度变化趋势图 图3. 90303工作面上隅角O 2 浓度变化趋势图 要求。工作人员在工作面上隅角工作有可能存在缺氧造成窒息的危险，因此上隅角是重点防范的区域。 综上所述，基本上可以排除本工作面采空区遗留煤炭自燃的可能性。 b) 针对在90303综采工作面回采过程中相邻90302采空区、902采区的采空区涌入CO气体的原因分析。 I) 表2是后安煤矿2020年8月1日至8月14日利用束管检测系统对90201胶运顺槽密闭内的CO、CO 2 、O 2 的气体浓度进行观测情况的一览表。902采区其他采空区均为发现CO气体，因此在此不予考虑。 Table 2 List of gas conditions in the airtight groove of 90201 glue transportatio 观测日期 观测地点 CO (ppm) CO 2 (%) O 2 (%) 2020.08.01 胶运顺槽密闭内 18 3.08 9.9 2020.08.02 胶运顺槽密闭内 11 2.0 5.96 2020.08.03 胶运顺槽密闭内 5 2.7 5.5 2020.08.04 胶运顺槽密闭内 3 2.9 5.7 2020.08.05 胶运顺槽密闭内 0 2.5 5.9 2020.08.06 胶运顺槽密闭内 8 2.48 4.85 2020.08.07 胶运顺槽密闭内 7 2.04 3.98 2020.08.08 胶运顺槽密闭内 4 1.96 3.5 2020.08.09 胶运顺槽密闭内 5 1.87 2.76 2020.08.10 胶运顺槽密闭内 5 1.79 2.79 2020.08.11 胶运顺槽密闭内 4 1.76 2.81 2020.08.12 胶运顺槽密闭内 3 1.8 2.9 2020.08.13 胶运顺槽密闭内 6 1.92 2.35 2020.08.14 胶运顺槽密闭内 0 1.67 2.73 表2. 90201胶运顺槽密闭内气体情况一览表 图4、图5、图6分别为90201胶运顺槽2020年8月1日至8月14日CO、CO 2 、O 2 浓度变化趋势图，其中横坐标代表从2020年8月1日至8月14日的观测日期，纵坐标分别代表CO、CO 2 、O 2 的浓度，由图4可知CO浓度最高点在18 ppm，最低点为0 ppm，平均值在5 ppm左右，由此可见90201胶运顺槽的CO浓度远远低于90303工作面上隅角的CO浓度，一般来说气体运动规律是从高浓度区域向低浓度区域流动，比较图1和图4可以发现90201胶运顺槽密闭内的CO浓度远远小于90303工作面上隅角CO的浓度，因此可以推断出90303工作面上隅角的CO不可能是从90201采空区涌入。另外另外由图5、图6分析可知CO 2 浓度始终2.4%左右，而O 2 浓度5.7%左右，对90303工作面上隅角的CO 2 、O 2 有一定影响，由于90201采空区注入大量N 2 ，极有可能是90201采空区的N 2 和部分CO 2 气体涌入到90303工作面上隅角，从而导致90303工作面上隅角的O 2 浓度下降，CO 2 的浓度有一定的升高。 图4. 90201胶运顺槽密闭内CO浓度变化趋势图 图5. 90201胶运顺槽密闭内CO 2 浓度变化趋势图 图6. 90201胶运顺槽密闭内O 2 浓度变化趋势图 II) 90302采空区的气体情况，根据瓦斯检查员对密闭内CO气体观测发现尽管有一定CO气体存在，但是平均浓度在7 ppm左右，因此根据气体运动规律是从高浓度区域向低浓度区域流动的原理可以排除从90302采空区涌入90303工作面上隅角的可能性。 综上所述，基本上可以排除从相邻的90302采空区和902采区的采空区涌入的可能性。 c) 针对从地表和上覆4 # 煤层8505、8507采空区、北辅采空区内CO气体在通风负压的作用下涌入到本煤层采空区，又从采空区向上隅角涌出的原因分析。 I) 利用数学上的排除法可以分析，既然排除了前两种情况的可能性，那么90303工作面上隅角CO增大的原因必然是从上覆的4 # 煤层8505、8507采空区、北辅采空区内CO气体在通风负压的作用下涌入到本煤层采空区，又从采空区向上隅角涌出。 II) 90303综放工作面上覆岩层有炭质泥岩、中细粒砂岩，并且距离4 # 煤层平均间距46 m，而且4 # 煤层上覆岩层为中粒砂岩，属于坚硬顶板管理类型。根据大尺度原位连续监测技术研究成果，即大空间覆岩“悬臂梁+砌体梁+高位结构”特征，从大空间采场覆岩结构出发建立力学模型如图7所示，揭示了远近场结构失稳的矿压作用机理，为岩层控制提供了理论依据，同时也为90303工作面上隅角CO增大的原因必然是从上覆的4 # 煤层8505、8507采空区、北辅采空区内CO气体在通风负压的作用下涌入到本煤层采空区，又从采空区向上隅角涌出提供了科学依据。 图7. 大空间远近场覆岩结构力学特征模型图 由图7大空间采场覆岩结构出发建立力学模型可以分析出来，在近场“悬臂梁+砌体梁”结构破断呈现大小周期复合矿压，小周期在12~20 m范围内，大周期在30~60 m范围内，作用于工作面煤壁和支架上；而远场覆岩失稳影响范围广，超前影响范围100 m，采空区滞后影响范围160~200 m，矿压作用强度大，引发强矿压。而90303综放工作面于2020年5月30日开始回采，截止目前为止已经生产2个月，工作面推进长度251 m，正好是在出现强矿压之后的这个阶段，此时在强矿压的作用下地表至4 # 煤层采空区、90303采空区之间会出现大量的裂隙，使对应地表塌陷或者出现裂缝，导致90303采空区与上覆4 # 煤层8505、8507采空区、北辅采空区及地表连通，形成漏风通道，造成上覆采空区内CO气体在通风负压的作用下涌入到本煤层采空区，又从采空区向上隅角涌出。