RESEARCH ON RISK OF SPONTANEOUS COMBUSTION IN MINING AREA OF FULLY-MECHANIZED WORKING FACE WITH TOP-COAL DRAWING

Air leakage velocity in intake goaf and distribution of air leakage in mining area are determined by Instantaneous and steady liberation of tracer gas SF6. Gas concentration and temperature in gob are measured and three oxidation areas in goaf are determined. According to oxidation experiment of coal and in-site measurements, the gases of carbon monoxide and dioxide can be produced laraely by coal and oxygen combination at ambient temperature and the temperature of coai and rock In goaf con rise 10℃ due to heat produced by coai and oxygen combination.There is a great risk of spontaneous combustion in neighboring oId gob because of air leakage for pillar mining.

采空区煤自燃高温点识别与探测技术研究与展望

我国因采煤活动造成的采空区总量大、范围广,针对采空区煤自燃高温点的有效识别与探测是煤矿安全生产的重要保障。从采空区煤自燃发生过程、高温点的形成运移特点概述了采空区高温点的生成演化特性,为采空区煤自燃高温点的有效识别与探测提供基础理论支撑。围绕地下直探技术、地表及空天探测技术的基本原理、研究进展以及现场实际应用效果,从可靠性、稳定性等方面进行多元比较,剖析现有煤自燃高温点识别探测技术的适用性。针对探测中存在的实际难点,拓展分析了矿井声波温度信息探测、基于量子技术的热源探测、毫米雷达波探测技术等新兴技术的研究现状和应用潜力,进一步推动采空区隐蔽火源精细化探测技术发展创新。通过对现有技术的综合性研判及新兴技术的前瞻性思考,展望了煤自燃隐蔽火源探测技术的未来发展趋势,结合当前物探技术和多元信息融合理论的发展趋势,提出了采空区高温点动态运移智能可视化系统构想,从“空-天-地-孔”的综合化分时分区多维探测模式应用、“特征获取-场景仿真规划-动态决策”逐级时空演化数字孪生模型两方面阐述了矿井开采全生命周期平台建设的现实意义。通过该构想的逐步实施,为实现采空区隐蔽火源的高效识别预测和矿井智能化建设提供新的决策思路。

小甘沟煤矿综放采空区三维流场演化规律及自燃区域判定

针对放顶煤开采采空区遗煤量大的实际特点,采用现场测试和数值模拟的方式开展小甘沟煤矿11121综放工作面复杂氧化条件煤体下采空区三维流场演化规律研究及自燃危险区域判定。通过FLUENT模拟不同配风量及压注参数等条件下采空区流场演化规律。结合束管及温度动态监控系统,提出以采空区氧浓度、漏风风速和孔隙率相结合的采空区自燃危险区划分方法,精准判断采空区自燃“三带”范围,综合判定小甘沟工作面自然发火危险区域,有效提高采空区自燃危险性预测准确性。

大采高综采工作面防灭火技术优化及效果分析

为优化杭来湾煤矿30201工作面防灭火技术,解决上隅角CO超限问题,结合大采高工作面特点分析CO超限原因,利用预埋束管观测和数值模拟相结合的方法判定采空区煤自燃危险区域,提出工作面防灭火技术优化方案,并对优化效果进行研究分析。结果表明,采空区煤自燃危险区域为氧化带范围,回风侧氧化带距工作面14~140 m,进风侧氧化带距工作面280~410 m;工作面防灭火技术优化后,回风侧氧化带距工作面5~85 m,进风侧氧化带距工作面210~285 m,氧化带宽度缩短约60 m,窒息带明显前移,表明防灭火技术优化有效。

无人机遥感支持下的煤矸石山自燃监测与预警

复垦后煤矸石山的复燃问题是矿区土地复垦与生态环境保护中的巨大挑战。超前和及时的自燃监测和预警对治理至关重要,同时也一直是研究和治理中的难题。研究基于无人机遥感技术,提出了一种在复垦后利用植被紫花苜蓿评估煤矸石山自燃风险的方法,并对该方法在自燃监测和预警中的可行性进行评估。以中国山西省某复垦后自燃煤矸石山为例,利用无人机搭载可见光、热红外相机获取了某复垦后煤矸石山的无人机影像,并基于无人机影像提取的图像特征估算了紫花苜蓿地上生物量、株高和植被水分信息;在此基础上提出了自燃风险评估方法,在已发生自燃的研究区A1开展预警可行性探究;同时,利用上述方法对一未知(潜在)自燃研究区A2的自燃风险进行评估。研究结果表明:(1)无人机是煤矸石山植被监测的有效工具,基于无人机遥感图像特征能够实现紫花苜蓿长势参数的精准估算。基于随机森林的紫花苜蓿生物量和植被水分估算模型在验证集上的决定系数R^(2)分别为0.92和0.78,均方根误差RMSE分别90.58 g/cm^(2)和4.29%;基于作物高度模型的株高预测结果的R2为0.92,RMSE为7.58 cm。(2)3种紫花苜蓿长势参数均表现出了对自燃的解释能力,在空间分布上与25 cm深度土壤温度T_(s,25)均表现出一定的负相关性(R^(2)=-0.43~-0.51),且地上生物量的解释能力最优(R^(2)=-0.51)。(3)基于紫花苜蓿生物量能够在一定程度上掌握地下自燃过程的影响范围、强度和变化方向,从而可能对煤矸石山的潜在自燃风险实现监测和预警。研究旨在为矿区复垦后煤矸石山的复燃防治工作提供新思路和方法支撑。

淮南矿区煤自燃指标气体及特征参数

为研究淮南矿区煤自然发火过程中的燃烧特性,采用程序升温实验装置,测试了淮南矿区6个不同煤矿中煤样的自燃特性,分析各煤样的CO、CO_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(6)、C_(2)H_(4)气体的变化规律,计算并探讨耗氧速率、放热强度及极限参数在不同氧化阶段的变化。结果表明:CO、CO_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(6)、C_(2)H_(4)气体均随温度升高呈现增大趋势,并在干裂温度后均表现出近指数增长。CO与C_(2)H_(4)气体可选作为预测淮南矿区煤自燃发展进程的预测指标性气体。耗氧速率与放热强度的变化趋势类似,临界温度前增长较为缓慢,后均呈抛物线式增长,而丁集与潘三两煤样耗氧速率与放热强度的变化较为突出。上限漏风强度随温度升高先减小后增大;下限氧体积分数与最小遗煤厚度则随温度升高,先增大后逐渐减小,且变化趋势相似。淮南矿区新庄孜煤矿的煤样氧化性能最为稳定。

柴里煤矿综采工作面采空区遗煤自燃“三带”分布规律研究

以柴里煤矿3606综采工作面为研究背景,利用束管监测系统对采空区气体进行实时监测与分析,确定了3606综采作业面采空区二维平面氧化带范围;根据工作现场的实际情况构建等比例物理模型,并通过CFD算法对采空区氧气体积分数分布情况进行了数值模拟,得出了3606综采工作面采空区三维空间自燃“三带”的分布规律:进风巷侧氧化带范围为采空区深度26~52 m,采空区中部氧化带范围为采空区深度17~30 m,回风巷侧氧化带范围为采空区深度18~44 m。研究结果为采空区自然发火防治工作提供了技术支持。

大采高综采工作面采空区煤自燃危险区域研究与判定

大采高工作面由于围岩压力大、回采速度慢和漏风量大等特点造成煤自燃火灾防治难度较大。因此,采用数值模拟和现场观测相结合的方式研究了梅花井232204大采高工作面煤自燃危险区域分布特征。结果表明:采空区漏风风流从进风巷向回风巷方向渗流,造成氧气浓度在进风侧比较高,且高氧气浓度的范围大,在回风侧氧气浓度相对较低,高氧气浓度的范围也显著缩小。随埋入采空区距离增大氧气浓度逐渐降低,进回风侧氧气浓度分别在105 m和80 m降低到8%。综合判定得到232204工作面采空区的氧化升温带范围在进风区域和回风区域分别为40~105 m和28~80 m。研究结果可为大采高综采工作面采空区防灭火工作提供指导。

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。

近距离煤层群“110工法”开采工作面煤自燃危险区域判定

煤层自燃危险区域的精准判定能够指导防灭火方案的制定与实施,减少煤自燃灾害的发生,提高煤矿安全生产水平。针对沙曲二号煤矿近距离煤层群5302工作面“110工法”开采特点及布置方式,分析了该工作面开采过程采空区煤自燃危险性。结合现场实际情况,设计了采空区“三带”的观测方案,对采空区遗煤厚度、氧气浓度及漏风强度进行了测算,判定了采空区煤自燃“三带”分布规律,研究结果可为该类煤矿的自燃灾害防治提供参考。

采空区煤层自燃灾害物联网监测预警技术研究

为了解决唐口煤矿630综放面采空区、沿空侧、密闭区遗煤自燃火灾误报率和漏报率高的问题,本文提出了煤自燃特征信息监测预警方法,开发出了适用于综放面采空区、沿空侧、密闭区的上位机监测预警系统。以唐口煤矿630采空区为研究对象,应用于沿空侧、密闭区等隐蔽区域煤自燃的监测预警。建立统一的煤类自燃主要指标气体含量-燃烧温度-燃烧压差的联合在线监测评价系统,实现了国家对煤类自燃事故危险作业区域范围的联合网络化实时动态在线监测预警和风险隐患在线识别,并由此划分总结出了唐口煤矿6304工作面中的自燃点“三带”点,该联网监测预警系统进一步弥补完善了煤矿束管色谱检测预报系统建设的部分不足,降低了煤炭束管定检人在线检测预报的总体工作量,实现了矿井由被动治理向主动疫病防控能力的最根本机制转变,提高了煤自燃火灾监测预报的可靠性、动态性和超前性,提高了煤自燃隐患监测识别水平。

株柏煤矿急倾斜煤层采空区防灭火技术研究

急倾斜煤层回采过程中较缓倾斜和倾斜煤层更易发生煤体自然发火灾害,相关防治方案的制定和工程施工也更加困难。工作面回采形成的采空区内需要留设保护煤柱,同时采空区具有空室体积大、漏风严重等特点,导致采空区内煤体自然发火诱因多,加之急倾斜煤层的地质特点,使得对采空区内火灾问题的预防和控制较为困难。为保证工作面的安全接续开采,采空区防灭火技术研究成为实现急倾斜煤层条件下安全生产的重中之重。本文结合株柏煤矿地质特征和工作面回采特征,分析诱发火灾的关键因素,相应设计煤矿火灾监测系统,并对工作面回采前、回采期间及回撤期间采空区的防灭火措施展开研究。研究方案可为株柏煤矿及其他同类型矿井火灾防治作业提供技术参考和借鉴。

基于流场模拟的综放面自燃危险区域划分及预测

通过对采空区渗流场的数值模拟，得到采空区渗流速度及氧气体积分数的分布．结合实验测得的煤自燃发火期和自燃临界参数，对采空区“三带”进行划分，并得到了采空区不自燃的工作面最小推进度．该方法计算量比模拟采空区煤自燃全过程少得多，预测精度却能够满足实际防灭火需要．

防止采空区自燃减漏风措施的研究与应用

为防止采空区因漏风而导致遗煤自燃，经计算机模拟与现场实施研究，定期在采空区“Ｕ”形漏风带构筑隔漏风墙，能明显地造成采空区内漏风量及漏风范围跳跃式骤减，扩大不自燃区范围，有效地杜绝了采空区遗煤自燃与瓦斯爆炸灾害．经六枝矿务局木岗矿两年多实施，减少灾害经济损失３００多万元．该措施还具有施工简便、成本较低等特点，很适合于经济较不发达、井下条件复杂的突出易燃矿井应用．

基于气相色谱技术的采空区煤自燃火灾预测预报研究

根据煤自燃过程中各个阶段产生的不同标志性气体的特点,采用气相色谱仪对某矿采空区气样进行定性和定量分析,依据标志性气体的成分及含量变化情况预测采空区的煤自燃发火状况,为提前采取针对性的预防措施奠定了基础。

综放工作面采空区区域划分实用性分析

随着综采放顶煤技术的进一步推广,采空区自燃理论纷纷兴起,由于受各自立场和条件限制,在现场实际应用过程中,这些理论常被误解误用,以致造成不必要的经济损失。为完善综放防灭火技术,更好地发挥理论的指导作用,根据多年的现场实践,研究总结出各自的适用条件,并使之形成一个完整的应用体系。即:1)在通常条件下,应用常规的“三带”理论或自燃新“三区”理论,以加快工作面回采推进速度,为防灭火措施的首选,但不能忽视均压(堵塞漏风通道)的作用;2)在特殊情形下(有尾巷或无旁侧采空区的综放面的回采初期),应用自燃四区理论,采用以堵塞漏风通道为主、加快回采推进速度为次的综合防灭火措施。

采空区自然发火动态数学模型研究

根据实际工作面采空区浮煤自然的主要影响因素，在煤低温自然特性实验研究的基础上，推导出了采空区浮煤自然过程的动态数学模型，从而为采空区浮煤自然发火的预测预报及防治技术研究提供理论依据．参４．

综放面采空区流场模拟及自燃危险区域划分

综放采空区容易发生自燃。以往对采空区“三带”的划分主要通过向采空区埋管观测来实现,对于现场观测不能实现的情况下,采空区自燃危险区域难以判定。笔者通过对采空区渗流场的数值模拟,得到采空区渗流速度及O2浓度的分布。结合实验测得的煤自然发火期和自燃临界参数,对采空区“三带”进行划分。该方法计算量比模拟采空区煤自燃全过程少得多,但划分精度却能够满足实际防灭火需要。

综放孤岛工作面采空区自燃与爆炸危险区监测及数值模拟

针对高瓦斯矿井自燃煤层综放孤岛工作面开采时采空区漏风导致的采空区自燃和瓦斯爆炸灾害综合防治的技术难题,以天池煤矿102孤岛工作面为例,进行采空区自燃＂三带＂及爆炸危险带现场监测及数值模拟研究。监测结果表明,102工作面采空区氧气体积分数随与工作面距离增加而下降,工作面进风侧采空区氧化升温带宽度较大,工作面中部到回风侧采空区氧化升温带宽度逐渐减小。利用COMSOL软件模拟采空区风流速度场、氧气体积分数场、甲烷体积分数场和自燃＂三带＂分布。数值模拟结果表明,102工作面采空区进风侧切顶线20~70 m范围内氧气体积分数大于8%,风速小于0.004m/s,存在自然发火危险;工作面回风侧采空区没有自燃危险带;工作面进风端头后部采空区的自燃危险带内瓦斯体积分数也处于爆炸范围5%~15%内,此重合部分即为瓦斯爆炸危险区。

不同风化程度对煤矸石盐分与pH值的影响

为揭示矸石初期物理崩解风化过程中盐分和pH值的动态变化规律,测定了山西平朔露天矿区32处暴露地表人工破碎新鲜矸石、自然风化5年、14年左右矸石,自燃矸石盐分和pH值以及新鲜矸石在强度浸泡下盐分和pH的变化。结果表明:同一粒径矸石含盐量随风化时间的延长而升高。表层积盐作用不明显,pH值先降低后升高,属于中性偏碱范围;自燃过的矸石风化物的全盐量高于盐渍化土的下限,pH呈酸性;不同粒径的新鲜矸石的全盐量和pH值随浸泡时间的延长有升高的趋势,但随粒径的减小全盐量和pH值分别呈升高和降低的趋势。