基于封闭耗氧实验的窒熄带氧临界体积分数研究

为更准确划分采空区自燃带与窒熄带,提出根据不同煤质的耗氧特点,用封闭耗氧实验确定采空区窒熄带临界氧气体积分数的新方法。在采空区煤自燃氧化升温热平衡条件下,分析煤自燃的耗氧速度、氧气体积分数和氧化放热的一致性特征,利用研制的煤样封闭耗氧实验装置,采集煤氧化实验过程中氧气体积分数呈衰减变化的连续检测数据,由数据变化曲线求氧气体积分数变化差商,获得煤在不同氧气体积分数下的耗氧速度,建立耗氧速度与氧气体积分数的量化关系,即γ-c(τ)图,由此确定窒熄临界氧气体积分数。分别对不同煤样做实验测定,得出长平矿3号煤层(无烟煤)窒熄带临界氧气体积分数为14.2%,九道岭矿4号煤层(烟煤)的窒熄带临界氧气体积分数为6.8%,晓南矿7号煤层烟煤的窒熄带临界氧气体积分数为8.2%。新方法按不同的煤种和煤质,依据各自不同的耗氧特性,来确定自燃带与窒熄带的划界标准,且与工程实际相符合。

煤自燃发火潜伏期不同温度下耗氧特性的研究

为了探究地层温度的升高对采空区自燃倾向性的影响,对处于自燃潜伏期的煤展开耗氧特性和CO释放特性的研究。通过对长平矿3#煤分别进行20~60℃的封闭耗氧实验,得到了自燃潜伏期不同温度下煤的氧浓度以及CO浓度随时间变化的曲线。对氧浓度变化曲线和CO浓度变化曲线进行拟合分析得到了不同温度下煤的氧气消耗和CO生成速度,同时得到了氧浓度衰减系数和CO浓度增长系数。封闭耗氧实验结果表明:从20~60℃氧气消耗速度逐渐增大并且氧浓度衰减系数呈指数增长,CO浓度增长系数也逐渐增大并且同样呈指数增长,煤的窒熄带氧浓度临界值从20~60℃逐渐由16.8%降低到12.4%。为探究不同温度下采空区煤的自燃发火危险性,将封闭耗氧实验结果的参数应用到采空区CFD数值模拟仿真中,模拟得到随着温度升高采空区窒熄带临界氧浓度位置由200 m增长到380 m。结果表明:常温下不易自燃的煤在较高的环境温度下表现出了较强的氧气消耗和CO释放能力,并且采空区自然氧化带随着温度的升高动态变宽,增大了采空区的自燃发火危险性。

段王矿煤层注水可注性指标实验与预判

为提高段王煤矿井下的防尘效果,考察8+9~#和15~#两个主采层的煤层注水可行性.采用实地取样和实验测定方法,测定煤样的原有水分、孔隙率、吸水率和坚固性系数等4个指标,据此判定2个煤层均符合可注水条件.为预判注水效果,实验测定煤的湿润角,得到2个煤层的湿润角均小于90°,表明煤的湿润性好,有利于降尘,注水时无须添加湿润剂.综合考虑煤层裂隙发育程度、煤湿润边角、饱和水分增值、坚固性系数、埋藏深度等因素,运用聚类分析方法,对未来注水综合难易程度做出经验性评估,指出2个煤层均属于比较容易注水煤层的聚类划分类别.根据段王煤矿瓦斯抽采密集钻孔布置实际条件,制定利用瓦斯抽采钻孔的煤层注水工艺方式和工艺参数.

晓南矿上下行通风采空区自燃危险性比较分析

为了比较工作面上行通风与下行通风对采空区自燃危险性的影响,结合晓南矿W2722工作面的具体工程背景,采用煤样封闭耗氧试验,得到晓南矿煤样耗氧速度与环境氧浓度呈线性关系;运用CFD仿真技术模拟采空区流场,得到工作面漏风情况,以及采空区氧浓度场和温度场。当仅考虑瓦斯涌出情况时,下行通风工作面采空区受到瓦斯上浮作用的影响,抑制了工作面向采空区漏风,漏风率为3.68%,反之,上行通风工作面瓦斯上浮加速了工作面漏风率,漏风率为7.35%;模拟加入能量源项的采空区流场,得到下行通风工作面漏风率进一步降低至2.94%,相比上行通风的仿真计算,工作面漏风率高达8.09%。结果表明,高瓦斯易自燃采空区采取上行通风会促进自燃危险的发生,因此在实际生产中,采取下行通风的方法,可以抑制自然发火的危险。

基于三维“O”型圈的采空区多场分布特征数值模拟

为进一步研究综放采空区的多场分布特征,以大兴矿N2-706工作面为例,构建"双三"模型,即优化三维"O"型圈采空区冒落非均质多孔介质数学模型及"U"型通风方式下的三维综放采空区物理模型,重点考虑了采空区垂直方向上的孔隙率变化,并实现了孔隙率的三维可视化。运用Fluent软件加载自定义UDF对采空区气体压力分布、漏风场及氧气、瓦斯分布情况进行了数值模拟,得出与实际情况相吻合的采空区气体压力分布、合理漏风量范围内的风流场分布,其中重点分析瓦斯体积分数分布规律。结果表明:考虑三维孔隙率的数值模拟结果收敛性更好,采空区瓦斯的积聚现象不仅出现在采空区顶部,在距底板20~25 m高度的位置就大量上浮,且呈现高体积分数瓦斯积聚分布的特征规律。

煤氧化实验精度改进及封闭耗氧实验方法

分析通气实验中不易自燃煤样氧化产生的微量气体随气流失、无法被仪器检测到的原因,建立一套封闭耗氧实验装置及实验气体浓度自动监测和数据采集系统.对不易自燃的无烟煤(山西长平煤矿8~#煤层)和易自燃的长焰煤(辽宁九道岭煤矿4~#煤层)在常温下做封闭耗氧实验研究.实验结果表明:不易自燃的无烟煤在常温24~25℃条件下也能吸附氧,并持续有规律地释放出CO气体.易自燃煤样在封闭实验罐中氧浓度呈负指数衰减,CO气体呈指数增长.计算得到2种煤样的耗氧速度常数分别为8.852和938.3μmol/(m3·s),两者耗氧速度相差约106倍.