深井覆岩采动冒落及孔隙率分布特征研究

为准确研究深井采空区覆岩冒落特征及孔隙率分布规律,利用FLAC3D模拟软件建立了深部煤矿工作面的采空区物理模型,模拟了覆岩在采动过程中的破坏变形和冒落规律,确定“两带”的最大高度,定量分析覆岩应力、位移分布规律,建立了采空区孔隙率的三维分布模型,并将孔隙率函数模型导入FLUENT软件,模拟深井采空区的氧气浓度场和瓦斯运移规律,验证其孔隙率模型的适用性。研究表明:冒落带的范围距离煤层上方17 m,裂隙带的范围在煤层上方17~64 m。走向方向上,支撑压力峰值随着工作面的推进而不断增大,下沉量由工作面向采空区深处逐渐变大;在倾向方向上,以采空区中心为原点垂直应力呈对称分布,下沉量呈中间大,两边小分布;垂直方向上,支撑压力峰值距离煤层越远越小。采空区孔隙率呈“簸箕”状,在煤壁处较大,中部低。采空区氧气浓度和瓦斯运移的变化趋势与实际井下情况相符合,验证了孔隙率函数模型的适用性。

不同孔隙率对采空区自燃的影响规律研究

为探究煤矿采空区在不同孔隙率条件下对煤自燃环境的影响,基于多孔介质渗流特性的相关理论,以煤矿综采工作面为原型建立了U型通风采空区三维模型和渗流数学模型,利用Fluent软件对采空区以不同的孔隙率大小和分布方式进行数值模拟计算,从而得到采空区的漏风和氧气浓度的分布状态,以及氧化带的位置变化情况,进而研究不同孔隙率对采空区煤自燃环境的影响规律。研究表明:采空区漏风主要源于工作面下隅角处,进入采空区的漏风量大小与采空区的孔隙率有关。孔隙率越大,靠近工作面的漏风流速越大,氧气浓度越高,而深入采空区,孔隙率大小对采空区漏风影响越小,氧化带随着孔隙率的增大不断向采空区深部移入;孔隙率分布方式对采空区漏风速度的影响较大,且距离工作面越近影响越大,采空区深部则差别不大。

风速对近距离煤层采空区漏风及煤自燃影响研究

为研究进风巷风速变化条件下近距离煤层采空区漏风强度及煤自燃规律,基于采空区"横三区"、"竖三带"理论,以某矿综采工作面为原型建立了U型通风近距离煤层采空区三维模型,运用Fluent软件对进风巷不同风速下采空区的流场状态进行模拟计算,根据模拟结果对采空区自燃三带进行划分;利用面积计算软件和Origin数值分析软件,分析计算得到进风巷不同风速条件下的采空区氧化带面积变化曲线,并推导出不同风速下采空区高度所对应的煤自燃氧化带面积的计算公式。研究结果表明:采空区漏风区域主要集中在至工作面进风端起水平距离0～23 m,采空区漏风过程中,上覆采空区煤自燃危险性大于下伏采空区煤自燃危险性;当进风巷风速一定时,采空区氧化带面积与其高度成正比,当采空区高度一定时,在风速为3 m/s条件下,采空区氧化带面积达到最大值;不同风速情况下,采空区氧化带面积与其对应高度成正比;在实际应用时,应结合采空区具体情况合理控制进风巷风速,加强采空区内气体的实时监测及煤自燃预测技术手段,提高矿井开采作业安全性。

浸水加温条件下煤电性参数特征试验研究

为探究环境因素作用下的褐煤电性参数变化特征,选取新疆矿区褐煤煤样,利用煤电性参数测试装置,在不同温度、不同浸水时长以及不同测试频率条件下,开展试验,测试干燥煤样和浸水煤样的电阻率和介电常数,探索多因素叠加作用对褐煤电性参数变化特征的影响机制。研究结果表明:相同浸水时间和温度条件下,测试频率越高,褐煤的电阻率以及介电常数越小;浸水时间达到12 h后,不同温度和不同测试频率条件下褐煤电阻率均迅速下降,浸水时间超过12 h后电阻率趋向稳定,干燥褐煤对水分的吸收趋于饱和;当煤样温度低于40℃时,不同测试频率条件下,随浸水时间的增加,褐煤介电常数增加幅度较大;105Hz测试频率条件下,当煤样温度升高至40~55℃时,煤样电阻率变化明显,温度因素对褐煤电阻率影响较大;测试频率低于105Hz且煤样浸水时间超过24 h条件下,当温度升高至40~55℃时,煤样介电常数变化显著,温度因素对褐煤介电常数影响明显。

高地温矿井采空区煤自燃O_(2)浓度场分布研究

针对采用理论分析及实验研究的方法研究高地温对采空区煤自燃的影响难以全面反映采空区煤自燃O_(2)浓度场分布情况的问题,采用Fluent数值模拟软件对高地温矿井采空区及进风侧、回风侧和采空区中段O_(2)浓度场分布规律进行了研究。结果表明:①在通风量相同情况下,温度从24.8℃升高到40℃时,O_(2)随着风流向整个采空区渗入,O_(2)浓度随采空区深度增加而减小;在温度相同情况下,当风量从1800 m^(3)/min增大到2700 m^(3)/min时,采空区漏风范围大幅度提升,采空区O_(2)浓度场变化明显,O_(2)几乎充满整个采空区,并且高浓度O_(2)存在范围增大,此时由于热量积聚导致采空区温度升高,采空区内部遗煤温度也持续增加,煤氧复合作用加快,遗煤自燃的可能性增大。②随着采空区距工作面距离增大,O_(2)浓度减小,进风侧O_(2)浓度大于回风侧O_(2)浓度,表明进风侧煤自燃危险性大于回风侧。③随着采空区深度增加,进风侧与采空区中段O_(2)体积分数持续减小,曲线斜率呈先增大后减小趋势;回风侧O_(2)体积分数随采空区深度增加呈减小趋势;大量高浓度O_(2)存在于采空区150 m之前,整个采空区进风侧与采空区中段煤自燃危险性均大于回风侧。④当温度为40℃、通风量为2700 m^(3)/min时,氧化带最大宽度为131 m,将该最大宽度视为开采最大理论宽度,进一步计算安全推进速度,可为煤矿开采提供理论依据。