综放面采空区漏风规律及防治技术研究

综放工作面采空区漏风易导致遗煤自燃,危及矿井安全。以大南湖一矿1305综放工作面为研究背景,采用数值模拟和现场试验的方法,研究了综放工作面采空区漏风规律,提出了综放工作面端头封堵采空区防漏风技术方案,并在现场进行了试验。结果表明,工作面端头是综放工作面采空区漏风的主要通道,其中进风巷侧端头漏风率达19%;风流在采空区内渗透深度约160 m;工作面端头封堵后,风流在采空区内渗透深度缩减至100 m左右;1305综放工作面端头封堵后,采空区漏风率降低17个百分点。

神东矿区浅埋煤层开采地表裂隙分布及动态演化特征研究

神东矿区浅埋煤层群开采导致地表裂隙发育良好,立体漏风复杂。为研究神东矿区地表裂隙分布特征及动态演化规律,以大柳塔煤矿活鸡兔井和补连塔煤矿浅埋藏开采为工程背景,采用现场无人机定点观测、红外、地质雷达等技术相结合的方法,研究地表宏观裂隙、隐蔽裂隙分布特征,并对裂隙动态演化规律进行分析。结果表明:神东矿区浅埋煤层开采工作面采空区对地表走向裂隙的影响相比于倾向裂隙较大,其中活鸡兔井12下206工作面101条裂隙有效影响范围35 m,补连塔煤矿22310工作面122条裂隙为62 m,走向裂隙最大裂隙宽度达到80 cm,倾向裂隙普遍在10 cm以下;随工作面的推进,裂隙宽度逐渐变大,直至发育完全,裂缝位置不连续断面间距变大,落差增大;宽度较大的裂隙(裂隙宽度大于10 cm),如果距离工作面较近,随着工作面的推进,裂隙宽度会逐渐缩小,甚至可能闭合。

神东矿区立体帷幕注浆精准堵漏风与高效防灭火技术

为高效治理神东矿区浅埋藏煤层开采漏风引起的煤自燃隐患,以大柳塔煤矿活鸡兔井12_上、12_下煤层工作面为研究对象,通过立体帷幕注浆的方式进行精准堵漏风与防灭火工程示范。首先利用地质剖面移动角计算注浆距离,并设计注浆平面布置,同时针对不同地质情况,设计了先导钻孔、注浆钻孔和监测钻孔;根据活鸡兔井实际情况,共施工104个钻孔,设计帷幕体长度约1020 m,高度约40 m;通过分段上行式注浆法,设计工作面切眼外侧注浆高度72 m,12_上205运输巷段注浆高度12 m,注浆宽度15 m,总注浆169569.1 m^(3)。通过立体帷幕注浆,12_下205工作面漏风较同条件下最大减少约1000 m^(3)/min,12_下207工作面漏风较同条件下最大减少近800m^(3)/min;堵漏风效果明显,有效降低12_下煤层工作面煤自燃隐患。

Y型通风采空区漏风规律数值模拟研究

针对采空区内遗煤自燃和工作面上隅角瓦斯超限等问题,探究沿空留巷条件下Y型通风采空区的漏风规律。以雨汪煤矿1010201工作面为工程背景,结合Fluent数值模拟软件,对采空区的三维空隙率进行UDF设置,模拟采空区的漏风流场、各组分气体浓度以及自燃“三带”分布规律,对其结果进行对比处理分析。结果表明:采空区漏风主要集中在工作面上、下隅角前50 m范围;采空区内氧气浓度与距工作面以及沿空留巷的距离相关,距离越近浓度越高。

基于漏风“源汇”关系的采空区气体分布规律及漏风防治研究

针对浅埋煤层开采后地裂缝发育及开采动压条件下联巷密闭裂隙发育导致采空区气体重新分布问题。采用理论分析、数值模拟、现场试验的方式对“多源一汇”采空区气体分布规律及漏风防治进行了研究。以神东某煤矿为背景分析了漏风通道发育原因,基于SF6示踪气体漏风测试技术得到了采空区漏风“源汇”关系,数值模拟了该漏风“源汇”条件下采空区气体分布规律,给出了漏风防治措施。研究结果表明:漏风条件下采空区气体分布会发生较大变化,且其危险程度与漏风量大小有关,采用封堵技术可实现对其控制。

无煤柱开采工作面相邻采空区连通后漏风规律研究

针对无煤柱开采“Y”型通风工作面采空区漏风严重,相邻采空区连通后漏风规律复杂等特点,以寺河煤矿二号井97312工作面为研究对象,使用SF6示踪气体法测定了漏风区域分布、漏风量和漏风类型,并通过数值模拟分析了采空区内部漏风流场分布规律。结果表明:97311采空区与97312采空区全域存在漏风流;97222巷均为正压漏风,漏风流由97222巷挡矸墙进入97311采空区后,向97312采空区运移;97312工作面进风隅角与回风隅角处形成涡流,导致97312工作面沿风流方向依次形成正压—负压—正压—负压4段漏风区域,部分漏风以涡流形式流回97312工作面,大部分经挡矸墙进入97224巷沿空留巷段;97224巷沿空留巷段以负压漏风为主,但在巷道变形严重和插管瓦斯抽采区域为正压漏风。

高分子塑性材料在煤矿堵漏风中的应用研究

为了解决传统混凝土材料凝固时间长、粉尘浓度大、回弹率高等影响井下通风密闭性的问题。提出了将KA-GK加强型堵漏风用密封酯材料应用于煤矿井下巷道密封堵漏。对该材料的制备要求、原料参数等进行了分析。根据井下的实际应用表明,新型高分子塑性材料在结构强度上和传统混凝土基本一致,但在密封性、施工效率方面具有显著的优势。

切顶卸压留巷工作面采空区漏风特点及防漏风技术研究

为提高6#煤层煤炭资源回采率,将切顶卸压技术应用到62711综采工作面轨道巷留巷中,受留巷段采空区帮为垮落采空区顶板的影响,留巷段漏风量较大,给采空区遗煤自燃发火防治以及采面生产安全带来影响。为实现安全生产、降低漏风影响,采用数值模拟技术手段分析留巷段漏风特点,并通过风筒布、喷聚氨酯等措施减少漏风量,综合使用监测、注氮、喷洒阻化剂、灌胶等措施进行防灭火工作。现场应用后,62711综采工作面回采期间,留巷段漏风严重的问题得以较好解决,同时采面内以及采空区内各位置的CO浓度、温度等均在合理范围内,采空区遗煤未有自燃发火迹象。

“孤岛”工作面采空区漏风规律及煤自燃防控研究

“孤岛”工作面沿空侧煤柱破碎严重,漏风复杂,煤自燃危险性大。本文以某煤矿2202“孤岛”工作面为例,通过SF6示踪气体漏风测定法,测定采空区漏风通道,结合数值模拟的方法分析采空区周边氧气漏风流场,确定煤自燃危险区域,提出有针对性的煤自燃隐患防控方法。结果表明:该工作面主要漏风汇为回风隅角和沿空侧破碎煤柱区域;采空区漏风是由回风侧向后部采空区渗流并通过破碎煤柱向沿空侧采空区扩散,采空区后30~60m与沿空侧采空区煤柱内侧30m范围为煤自燃危险区域;针对该区域,提出了堵漏降氧、惰化降温及监测预报的综合防控方法,制定了回风顺槽端头喷浆、注水玻璃凝胶、注二氧化碳相结合的防控技术。现场实测表明,在工作面回采过程中,该方法降低了工作面回风隅角等区域CO体积分数,有效防控采空区煤自燃隐患,保障了工作面的安全回采。

基于PFC^(3D)进行窄煤柱产生漏风通道规律的研究

采煤工作面回采期间,窄煤柱作为实体煤会产生弹塑性区间其内部会发生裂隙发育,当裂隙发育到一定程度时,会影响到窄煤柱的稳定性,且煤柱表面经过长期的塑性破坏,严重情况下,窄煤柱则发生压酥变形甚至造成垮落等现象。针对高家堡煤矿204工作面的窄煤柱,采用PFC^(3D)软件模拟204工作面回采过程,研究窄煤柱在工作面回采之后裂隙发育以及孔隙率变化的情况,确定了窄煤柱产生漏风通道的规律,为采取针对性的措施防治窄煤柱漏风提供了依据。

综采工作面采空区漏风规律分析及治理措施

113_(上)05工作面为孤岛工作面开采,两巷与采空区留设煤柱仅5 m,煤柱容易压裂、压酥,采空区漏风通道复杂,自然发火防治问题严重。通过对113_(上)05回采采空区漏风特性的研究,找出了采空区的漏风通路及漏风倾向,应用充填滞留覆盖剂防治采空区漏风,首先采用压差和能位测定方法定性分析采空区的漏风源与漏风汇,采用SF_(6)示踪法探测采空区漏风的发展趋势及规律,最后采用充填滞留覆盖剂治理技术对采空区漏风进行防治并测定封堵效果。结果表明,采用充填式封隔式封严工艺,有效地控制了113_(上)05综采面采空区的漏风,降低了采空区遗留煤的自燃危险,从而确保了113_(上)05综采工作面的安全生产。

煤矿通风安全与事故预防分析

为提高煤矿通风安全管理效果、有效预防通风安全事故,探讨煤矿通风系统设计与安全管理原则,分析煤矿通风安全管理思路。在此基础上,从矿井风量调节、通风设备维护与管理、矿井进出风井布设方式以及现场巡查等方面提出具体的煤矿通风安全事故预防策略。

基于化学发泡的泡沫混凝土无机充填材料性能研究

在矿井开采过程中,常见一些局部地点如高冒区、巷帮及隅角,这些地点一旦发生灾变事故,处置较困难,影响较大。如何快速有效的对这些地点进行充填隔离是保障矿井应急响应与抢险救灾的最有利措施之一。本文研究了一种基于无机化学发泡的泡沫混凝土固化充填防灭火材料,以期实现安全便捷的矿井局部地点快速充填隔离。结果表明充填材料的水料比和发泡剂掺量的增加会降低材料的耐压抗性能。硅灰和粉煤灰增加会增强材料的耐压抗性能。此外,水料比与发泡剂掺量之间对充填材料的性能存在复合影响。

陕北浅埋煤层一体化漏风通道探查技术

以陕北侏罗纪煤田浅埋煤层受火灾威胁矿井为研究对象,应用高分辨率无人机可见光与热红外双光低空遥感、手持红外热成像仪、风速测量仪、球胆采样器、束管检测和采样、气相色谱仪、钻孔测温、钻孔窥视等技术手段,综合开展天空、地面、孔中与井下综采工作面、密闭墙、巷道等潜在漏风通道隐蔽致灾因素的快速探查;系统归纳陕北侏罗纪煤田浅埋煤层地面、孔中、井下漏风通道隐蔽致灾因素的类型和特征,构建“空-地-孔-井”四位一体的浅埋煤层煤矿漏风通道隐蔽致灾因素的快速排查技术体系,并以受火灾威胁的德泉煤矿为对象应用该技术体系进行了探查,快速确定了漏风通道类型、空间分布特征,结合防灭火工程实现了对火区的快速熄灭和煤矿隐蔽高温区温度的整体快速控制,保障了矿井的安全、绿色、高效开采。

浅埋近距离煤层群综放工作面回风隅角低氧治理技术

针对浅埋近距离煤层群开采过程中经常会出现的上隅角现象防治难题,以陕北小保当煤矿112207工作面为研究对象,提出了基于引射原理的工作面低氧防治技术并利用数值模拟软件,对不同引射风流条件下工作面风速及氧浓度变化规律进行分析。模拟结果表明:引射风流对工作面回风隅角低氧环境改善效果良好,引射风流方向与回风巷倾斜设置时,效果最佳。此位置条件下引射风速8 m/s便可有效消除回风隅角低氧现象,使整体氧浓度保持在19%以上。最后,通过现场试验对数值模拟结果进行了验证,检验了所提出的基于风流引射技术的回风隅角低氧方法的有效性。研究成果能够对工作面回风隅角低氧防治工作提供一定的指导。

不同季节条件下浅埋煤层采空区地表垂直漏风规律研究

在采动影响下浅埋煤层综放工作面上覆岩层垮落形成与地表贯通的裂隙,这些裂隙导致的地表垂直漏风对采空区煤自燃有重要影响。为研究不同季节条件下浅埋煤层采空区地表垂直漏风规律,分别在冬、春、夏、秋4个季节利用SF_(6)气体示踪法对陕西陕煤曹家滩矿业有限公司122108工作面进行地表垂直漏风测定,分析了不同季节地表和井下采空区的温度、大气压强及漏风速率变化规律。结果表明:①冬季工作面地表和井下采空区之间的温差相对较大,最大温差可达37.7℃,夏季工作面地表和井下采空区之间的温差相对较小,最小温差仅为0.9℃;冬季工作面地表和井下采空区之间的最大气压差达40.37hPa,夏季工作面地表和井下采空区之间的最大气压差为22.47hPa;春季和秋季工作面地表和井下采空区之间的温差、气压差则相差不大。②冬季漏风速率相对较大,平均最大漏风速率达8.364m/min;夏季漏风速率相对较小,平均最大漏风速率为6.918m/min;春季与秋季的漏风速率相差不大。③距工作面较近时,漏风速率较大。根据地表垂直漏风规律,可采取井下均压、进回风隅角封堵及地表裂隙覆盖等措施,以保证122108工作面安全开采。

正压通风对浅埋煤层漏风影响及漏风综合治理技术研究

浅埋近距离煤层群受采动影响大,采煤工作面普遍存在漏风维度多、漏风通道互联导通的现象,在正压或负压通风的作用下,易在漏风通道两端形成较大漏风压差,导致工作面漏风量增加,采空区“三带”范围延长,自然发火危险性增大。以典型正压通风矿井大柳塔煤矿活鸡兔井12煤为研究对象,分析得出正压通风条件下浅埋煤层的漏风影响因素主要表现为:采动裂隙构成的漏风通道、正压通风形成的漏风压差、通风方式及自然风压作用,考察正在回采的12下203综放工作面的漏风现状及漏风方式,总结得出工作面的漏风主要表现为:地表塌陷裂隙漏风、工作面切眼与两巷漏风及采空区漏风。基于此,提出全方位多覆盖立体式漏风治理技术,该技术以优化通风系统为基础,以巷道煤岩裂隙注浆、喷浆技术、保护煤柱漏风控制技术、工作面采空区端头漏风控制技术为保障,以局部正压漏风控制技术、水力冲缝堵漏技术、充填钻孔堵漏技术为强化手段,从基础优化、中间保障到末端治理为理念,全方位多覆盖立体式治理漏风。并在12下203综放工作面实际应用,将12下203综放工作面漏风量由初采期间的55~70 m^(3)/min降低至6~20 m^(3)/min,综合降低幅度达80.3%,证实此技术能有效治理漏风,可为相似矿井的漏风治理提供技术参考。

小保当一号煤矿采空区垂直漏风规律研究

小保当一号煤矿112207工作面埋藏浅、易自燃,受采动影响极易形成裂隙与地表沟通,给工作面煤自燃防治带来了压力。为保障煤矿安全生产,更好地开展小保当一号煤矿112207工作面自燃的防治工作,利用SF_(6)示踪气体检漏技术,对112207工作面进行现场漏风观测,分析得出其地表垂直漏风规律,采空区对应地表漏风范围工作面后240~466 m;通过计算得到,采空区对应地表位置沿工作面倾向距回风巷越近,漏风程度越大;沿工作面走向距工作面越远,漏风程度越小;相邻采空区之间存在内部水平漏风,根据所得规律提出相应的漏风控制措施,降低采空区外部漏风的可能性。

浅埋深煤层开采地表漏风规律及封堵技术

浅埋深煤层开采后引发的地表漏风易致采空区遗煤自燃,为治理地表漏风,对大南湖一矿综放面地表裂隙分布范围及宽度进行了实测及绘图,基于SF_(6)示踪气体检漏技术,定性、定量研究了地表漏风规律,得到了不同地表裂隙治理后的漏风量计算方法,形成了适用于大南湖一矿浅埋深煤层开采的地表裂隙封堵技术。

采空区自燃指标的时空分布特征及危险域划分

为研究煤矿工作面采空区氧浓度分布的规律、判别采空区自燃危险性及自燃危险区域,采用埋设热电偶传感器及采样束管,对采空区埋深增加导致的监测温度变化、气体含量变化进行汇总分析。通过建立数学方程研究工作面采空区煤原生赋存的CH_(4)、C_(2)H_(6)气体之间的关系,得出采用指数函数拟合度最高达0.952 7。利用采样束管得出采空区内不同位置O_(2)浓度的变化规律,并根据实际情况用Fluent建立了物理模型,对模型的边界条件进行了分析设定,得出随埋深增加氧浓度逐渐下降且下降程度逐渐降低。通过对煤矿工作面采空区氧浓度带进行现场试验和实验室数据模拟,得到了采空区中不同位置“三带”(散热带、氧化带、窒息带)的扇形区域,为防灭火工作提供了指导。