基于相关系数法的煤自燃危险性关联分析及预测

为缩短煤自燃倾向性的鉴定时间,首先利用工业分析仪及程序升温试验装置,测得各煤样煤质指标值及不同温度下煤自燃指标气体含量,并通过CO体积分数确定各煤样低温氧化临界温度点;然后再通过Arrhenius公式拟合得出温度与耗氧速率间的方程,并求解出各煤样临界温度前后不同阶段的表观活化能,通过Pearson相关系数法进行煤质指标值与煤样临界温度前后表观活化能之间的关联分析,并计算其相关系数;最后选取相关系数最大的煤质指标值,建立用于计算煤样表观活化能的多元线性回归模型,分析并预测煤自燃危险性。结果表明:煤质指标中不同成分与临界温度前后表观活化能间的相关系数有较大差异,其中挥发分与临界温度前后表观活化能的负相关系数最大,分别为-0.893和-0.977,燃料比与临界温度前后表观活化能的正相关系数最大,分别为0.956和0.968。所建立的多元线性回归模型,其拟合度可达0.9125和0.9330。

特厚煤层分层开采的自燃危险区域演化特征

为有效且准确地判断特厚煤层开采中采空区内气体浓度场、温度场以及流场分布特征,进而确定特厚煤层分层开采的自燃危险区域,以灵泉矿172307工作面为例,采用数值模拟技术手段,以采空区多场耦合机制为基础,构建特厚煤层分层开采的采空区煤自燃数学模型,并结合煤体耗氧速率、放热强度、自燃临界氧气体积分数以及孔隙率和渗透率的分布模型,通过联立求解,得到稳定状态下特厚煤层分层开采的自燃危险区域演化特征。结果表明:在上分层采空区,高氧气体积分数区域和高温区域均主要位于终采线附近以及进、回风巷上部位置,主要漏风区域位于终采线处。在复合采空区内,高氧气体积分数区域主要位于进风侧和回风侧,随着不断往采空区深部移动,氧气体积分数呈现减小的趋势;且在距离采煤工作面的一定距离出现类似“椭圆”的局部高温区。

风速影响下煤矸石山自燃危险区分布规律研究

外界环境风速对煤矸石山自燃危险区分布有明显影响。为研究其变化规律,首先从渗流场、氧气场及温度场的角度进行理论分析,明确自燃机理。然后对煤矸石样品进行热重分析,通过热重微商热重(Thermogravimetry and Differential Thermogravimetry,TG DTG)与示差扫描量热(Differential Scanning Calorimetry,DSC)转化率曲线得出煤矸石自燃过程中关键温度点,将关键温度点作为自燃危险区划分的判别条件。最后通过FLUENT模拟对不同环境风速下煤矸石山三场变化规律进行研究,计算自燃危险区面积并进行拟合,对煤矸石山现场进行治理效果验证。结果表明:在θ2温度点后,煤矸石山出现局部缓慢燃烧现象,转化率也进入急速增加阶段,因此将θ2温度点(332.42℃)作为自燃危险区划分的判别条件;煤矸石山自燃危险区面积随风速增加呈先增加后减小的趋势,当风速为1.65 m/s时,其面积达到最大值75.25 m^(2);当煤矸石山坡面覆土厚度为0.5 m、覆土时间为30 d时,其自燃危险区温度下降范围在202~232℃,治理效果良好。

复采工作面煤自燃危险区域划分及综合治理技术研究

针对运河煤矿F1301复采工作面煤自然发火事故,基于F1301工作面开采的实际情况,对工作面自然发火隐患进行分析,根据进回风巷钻孔的气样数据将工作面巷道两侧采空区煤自燃的危险程度分为高风险、一般风险和低风险三个级别,对此提出防灭火监测监控系统及综合治理技术,并在实际工程中得到应用,应用结果表明,各观测钻孔内CO浓度整体呈现波动下降趋势,最终稳定在0.024‰以下,有效抑制了采空区内遗煤的氧化进程,消除了F1301工作面开采过程中邻近1301、1302采空区的煤自燃隐患,有利于保障F1301工作面后续的顺利回采。

沟壑地区浅埋煤层采空区煤自燃危险区域研究

沟壑地区浅埋煤层上覆岩层厚度不均匀,采动影响造成地表开裂形成台阶式下沉趋势,造成地表裂隙漏风,长时间漏风供氧致采空区遗煤自燃氧化条件良好,威胁矿井安全生产。以典型的某矿沟壑地貌浅埋煤层中11B602工作面为研究对象,现场观测地表裂缝发育几何形貌及大尺度漏风裂缝分布特征,并采用数值模拟研究采空区漏风规律,划分煤自燃危险区域。研究表明:工作面对应地表存在拉伸型和开裂型等裂缝,且风流由地表漏向采空区;受地表漏风影响,采空区内整体O_(2)浓度升高,两巷位置O_(2)浓度大于8%,采空区内由地表向两道漏风引起的煤自燃危险区域为进风侧100~151 m、回风侧14~85 m。通过采取井上下综合防治的措施,有效控制了地表漏风和采空区遗煤自燃,保障了工作面的安全生产。

浅埋近距离煤层上部采空区自燃危险区数值模拟研究

浅埋近距离煤层群开采下部煤层时,地表裂隙经过二次发育连通上部老采空区,造成采空区内漏风增加,自燃危险性相应增大。以苏家沟煤矿5-1_(上)煤层至地表空间为研究对象,借助Fluent数值模拟软件,研究地表漏风对复合采空区,特别是上部4-2_(中)煤层采空区的自燃危险区域的影响。研究结果表明:采空区内氧气浓度随着与工作面距离得增加而逐渐降低,连通上部采空区与地表的裂隙对采空区内的氧化带分布产生影响,依据自燃危险区的划分标准,结合风流场及氧化带的分布云图确定自燃危险区域的位置和范围。

自燃煤层综放工作面采空区遗煤自燃危险区域辨识方法

砂墩子煤矿N4107综放工作面煤层为自燃煤层,采空区遗煤较多,容易发生自然发火事故。为有效防治该工作面采空区遗煤自燃隐患,科学进行了采空区遗煤自燃“三带”划分,利用Fluent软件进行模拟验证,结合采空区遗煤特征,辨识了采空区遗煤易自燃危险区域的分布规律,为有效进行采空区自然发火防治提供了科学依据。

大黄山豫新煤矿东翼733工作面邻近采空区自燃危险性评估

为判定大黄山豫新煤矿综放工作面邻近采空区自燃危险性,根据煤自燃一般规律和基本要素,采用模糊评价方法构建了733工作面邻近采空区自燃危险性二级综合评价模型;通过施工采空区探测钻孔,现场测试标志性气体和环境温度,对评价结果进行验证。结果表明:733工作面邻近采空区自燃危险度属于Ⅲ类,较安全;各采空区标志性气体和环境温度监测结果显示无煤自燃迹象。现场测试结果与评价结果一致,对该矿以后的安全生产管理具有一定的指导意义。

高位钻孔抽采压力对综放工作面采空区自燃危险区域的扰动效应

为了深入分析高位钻孔抽采压力对综放工作面采空区自燃危险区域的扰动效应,以淮北某矿821综放工作面为工程条件,数值模拟求解分析了在高位钻孔抽采条件下采空区的漏风流场和氧气浓度场特征,以氧气浓度为依据得出了自燃危险区域分布范围,并根据现场实测数据验证了模拟结果的可靠性,最后以采空区氧化区域的宽度、深度、工作面漏风区段作为指标,探讨了高位钻孔不同抽采压力对综放工作面采空区自燃危险区域范围的扰动效应。结果表明:根据模拟结果,高位钻孔抽采会使得采空区漏风呈现立体分布特征,从而使得采空区回风侧上部存在自燃危险区域;根据实测结果,采空区自燃危险区域分布范围与模拟结果基本一致,验证了模拟的可靠性;高位钻孔抽采负压的增加会使得工作面漏风量和漏风区段都有所增加,并使得采空区易氧化区域明显变宽且更深入采空区。鉴于高位钻孔抽采负压对自然危险区域的扰动效应,应设置合理的抽采压力以实现煤自燃与瓦斯灾害协同防治的目标。

被保护松软厚煤层工作面煤自燃危险性分析与防治技术

随着煤层开采深度逐渐增加,保护层开采成为有效降低被保护煤层瓦斯突出的关键方案,但易造成被保护煤层漏风严重,煤自燃危险性加剧。针对被保护煤层回采工作面采空区煤自燃综合防治问题,通过分析被保护煤层膨胀变形量、裂隙发育情况、采空区蓄热环境、层间立体漏风等危险扰动因素,确定了被保护煤层采空区煤自燃危险区域分布范围;现场采集工作面煤体,通过对煤体自燃产气与放热测试,获得了煤自燃特征参数;制定了自然发火多方位监控分级预警与立体化综合治理双重防治机制;采取了大规模灌浆封堵与凝胶充填密封由“整体”到“局部”的漏风封堵,及采空区危险区域预防性注氮与工作面联合均压防灭火“动静结合”的煤自燃防治措施。数值模拟分析及现场监测结果表明:被保护煤层采空区煤自燃得到有效抑制。

基于大采高工作面遗煤氧化特征的煤自燃危险区域分布研究

为掌握大采高工作面回采期间采空区煤自燃危险区域分布规律,以察哈素煤矿3煤层31317大采高工作面为研究对象,首先通过实验测试分析了大采高工作面遗煤的自然氧化特征;其次利用束管监测系统测定了31317工作面采空区两侧的自燃“三带”,并模拟了采空区全空间的自燃“三带”分布;最后对比了不同采高工作面煤自燃“三带”随风速的变化特征,揭示了大采高工作面煤自燃危险区域分布规律。研究结果表明:煤升温氧化各阶段标志气体出现的温度点随氧气浓度升高而下降,但是下降速率逐渐减小。不同采高工作面采空区氧化带范围都随巷道风速增加而增大,且采高越高,氧化带范围增大越明显。研究结果为大采高工作面采空区煤自燃防治提供理论参考。

特厚高放顶煤开采注氮煤自燃危险抑制特性研究

针对特厚高放顶煤回采工作面采空区遗煤量大、漏风严重等问题,通过程序升温氧化实验和热释放测试实验,对未注氮与注氮条件下的煤体氧化自燃过程气体产物、氧气消耗和热释放特性进行分析;利用数值模拟软件,对不同注氮位置条件下注氮对采空区煤自燃危险区域的抑制性进行分析;并进行注氮方案优化。结果表明:注氮时能抑制煤体氧化自燃反应进程,各气体产物出现的温度点延缓25~30℃,耗氧速率、放热量大幅度降低,未注氮时的放热量是注氮时放热量的5.67倍;不同位置注氮时采空区煤自燃危险区域差异收缩,注氮口2、3、4、5即进风一侧分别距工作面60、80、100、120 m位置注氮时危险区域抑制面积依次占比为12.28%、32.71%、39.71%、44.09%,采空区温度抑制变化主要集中在注氮口附近区域;注氮口2、3联合注氮优化方案能有效抑制47.25%的采空区煤自燃危险区域。

潘三矿1652(3)工作面采空区自燃危险区域判定研究

为确定潘三矿1652(3)工作面采空区自燃危险区域范围,通过实验测试、数值模拟、现场观测以及理论分析等综合研究方法,分析潘三矿13_(-1)煤层的煤自燃极限参数特征,并确定现场采空区内氧气体积分数、漏风强度、浮煤厚度的分布规律。最终确定了1652(3)工作面采空区的煤自燃危险区域为采空区内进、回风两侧氧化带的范围,并且工作面的安全推进速度不应小于1.76 m/d,否则可能引起采空区煤层自燃。

停采线切顶留巷采空区自燃危险区域判定研究

划定采空区自燃危险区域范围是有效防治自燃发火的关键,判定切顶留巷采空区的自燃危险区域,以青龙煤矿21802停采线切顶留巷采空区为例,采用Fluent数值模拟软件,通过模拟得到采空区漏风场及氧浓度场的分布规律,分别利用漏风风速和氧气体积分数两个划分标准对自燃危险区域进行划定。结果表明:根据不同划分标准划定的范围略有差别,取其合集并结合遗煤分布情况,得到自燃危险区域范围:以工作面为界沿煤层走向,进风侧采空区32~62m;工作面中部采空区47~67m;回风侧采空区26~53m;高度范围为0~40m。

缓斜煤层下行通风采空区自燃危险区域预测模型

为分析不同自燃特性缓倾斜煤层工作面下行通风时采空区内具有自燃危险可能的区域的分布特征,建立了倾斜采空区的渗流模型,依据该模型利用CFD仿真得到了不同火源时(模拟采空区遗煤不同的自燃性强弱)下行通风采空区内氧气和温度场的分布特征;结合保德煤矿81309工作面现场观测的采空区不同区域的O_(2)体积分数的数据对仿真结果进行验证。结果表明:随着设置的热源强度(采空区遗煤自燃倾向性)的提高,采空区火风压作用增强,下行通风时的采空区内进、回风侧氧化带宽度差值在逐渐减小。实测得出的进、回风侧及工作面中部对应的采空区内窒息带临界位置分别距工作面200、290、175 m,与火源功率65 W/m2时的仿真结果较为吻合,表明所建立的模型较为准确,可用于倾斜易自燃煤层工作面自燃分布的研究。

含氮量对硝化纤维素热自燃危险性的影响研究

为了研究含氮量对硝化纤维素热自燃危险性的影响,借助扫描电子显微镜和C80微量量热仪,揭示不同含氮量硝化纤维素的结构特性、热分解特性以及Semenov模型下的自加速分解温度。结果表明:高含氮量硝化纤维素的纤维表面存在更大裂隙。且随着含氮量的增加,硝化纤维素的热流曲线从“钟形”转变为“直角三角形”,反应开始温度和峰值温度提前,最大热流增大。等温实验结果进一步证实了硝化纤维素的自催化特性随含氮量和等温温度的增加而增大。相关动力学参数表明,含氮量增加使得硝化纤维素的反应热增加、反应初期的活化能和指前因子数值降低、自加速分解温度降低,热自燃危险性增大。

六家煤矿综放采空区自燃危险区域实测及数值模拟

为查清六家煤矿综放工作面采空区自然发火危险区域分布,以便采取针对性的防灭火措施,通过在采空区铺设束管实测了回采过程中采空区气体及温度变化规律,以氧浓度结合温度作为标准划分采空区“三带”范围。基于流体力学、传热学和空气动力学开展了数值模拟计算,以漏风风速为指标对“三带”范围进行了划分,模拟与实测结果相结合,最终得出优化后的采空区进、回风侧及工作面中部自然发火危险区域。研究结果表明:实测数据波动范围较大,说明采空区散热带、氧化带及窒息带之间的分界线不是固定的;模拟结果可以对无法实测的区域进行补充,以全面地指导自然发火煤层火灾防治工作。

近距离煤层群开采自燃危险区域划分及自燃预测

通过数值方法求解复合煤层采空区渗流、扩散和化学反应耦合的三维稳态数学模型,得到常温下采空区氧浓度及渗流速度场的分布.结合大型煤自然发火实验得到的煤自燃的下限氧浓度、上限漏风强度、极限浮煤厚度等参数及煤的实验自然发火期,划分出开采下部煤层时上部煤层煤柱及采空区自燃危险区域,再结合工作面推进速度,预测自然发火期.采用这种方法对东荣二矿采煤工作面顶部煤层煤柱进行自燃预测,得到进风侧的煤柱氧化升温区在距离工作面50～140 m处,回风侧在距离工作面50～85 m处,工作面推进速度大于1.6 m/d时,煤柱无自燃危险,工作面停止推进但正常通风38 d后,煤柱进风侧将首先发生自燃.

浅埋深综放工作面采空区自燃危险区域判定

根据安家岭一号井工矿4106工作面的实际情况,采用现场实测与数值模拟相结合的方法对该浅埋深综放工作面采空区自燃危险区域进行了研究,以采空区松散煤体气流微循环非线性渗流模型、采空区松散煤体温度分布数学模型和采空区松散煤体内氧气迁移模型为基础,建立了基于FLUENT的采空区氧浓度分布三维数学模型,模拟结果与现场实测数据基本吻合,为准确划定浅埋深综放工作面采空区自燃危险区域提供了新的技术手段。最后,根据采空区自燃危险区域范围确定了上隅角预埋管灌注三相泡沫与下隅角预埋管注氮气交替实施的防灭火工艺,实施效果良好。

浅埋近距离煤层内错布置采空区自燃危险区域研究

浅埋近距离煤层内错布置开采下部煤层时,地表裂隙易与复合采空区相互贯通,造成地表漏风,使采空区,特别是上部老采空自燃危险区域的分布难以预测。针对此问题,以酸刺沟煤矿6上109工作面至地表空间为研究对象,在漏风测定及束管监测的基础上,建立地表与复合采空区漏风模型,借助FLUENT数值模拟软件,研究地表漏风对复合采空区自燃危险区域的影响。研究表明,地表漏风最终汇入下部采空区回风侧,加大了其自燃危险区域范围;漏风流在向回风侧偏移的过程中,由于煤柱的阻挡,风速逐渐降低,与下部漏入的风流共同作用,使上部老采空区形成了氧浓度中间低四周高的不规则环状自燃危险区域;下部采空区进风侧向上的漏风增加了本煤层采空区的总漏风量,加大了其自燃危险区域宽度,同时增加了上部老采空区局部氧浓度,使其自燃危险性增大。