岩块尺度对采空区煤自燃区域的影响研究

为探究综放采空区岩块尺度对煤自然发火的影响,采用Fluent软件数值模拟不同直径岩块条件下采空区的煤自燃规律,分析采空区氧浓度场和风速场,分别以氧气体积分数和风速为指标,确定采空区氧化带面积并以二场叠加场作为采空区煤自燃危险区划分标准,研究煤自燃危险区域与岩块直径的关系。研究结果表明:当岩块直径由0增加到10 m时,以氧气体积分数为指标,氧化带宽度变小,面积由5563.84 m^(2)减至2602.69 m^(2);以风速为指标,氧化带面积由3376.60 m^(2)减至1262.95 m^(2);将2种指标确定的氧化带进行叠加得到煤自燃危险区,随着岩块直径的增加,其面积由1854.04 m^(2)减至552.91 m^(2),煤自燃危险区最大宽度由20.40 m缩减至9.06 m。研究结果可为采空区煤自燃发火区域的确定提供参考。

密闭采空区不同惰化置换方案效果仿真

针对密闭采空区瓦斯抽采过程中在负压作用下外界O_(2)通过裂隙进入采空区易引发煤自燃的问题,常采用抽采的同时注惰性气体以置换抽出的瓦斯的方案,此法可平衡气压、防止外界空气进入采空区,达到防治煤自燃的目的。采用数值模拟的方法研究置换过程中相关物理参数流场变化规律,并提出了自由混合置换法、正压置换法、负压置换法、正压-负压置换法4种方案;以O_(2)最大体积分数低于2%为置换达标标准,对比了4种方案下耗费总时长、消耗氮量、通风机运转时间、累计注氮时长等置换成本评价指标,找出可用于置换方案决策的方法,并给出不同地质条件下密闭采空区适用方案。

浅埋近距离煤层群开采过程中上覆采空区自燃危险区预测研究

为揭示浅埋深近距离煤层群开采过程中地表裂隙发育对上覆采空区遗煤自燃的影响规律及影响范围,以苏家沟煤矿为研究背景,建立采空区流场流动及低温氧化的数学模型和三维几何模型。采用FLUENT模拟软件模拟了下煤层工作面推进过程中上覆采空区的氧气分布情况,得到了浅埋近距离煤层上覆采空区基于裂隙动态发育的氧气场和风流场的分布规律。依据采空区自燃危险区域判定理论,对上部煤层采空区内的自然发火危险区域进行预测。结果表明:连通地表与采空区的裂隙数量随工作面的推进而增加,上覆采空区氧化升温区域主要集中在滞后工作面0~20 m范围内,采空区深部的氧化带分布在新、老裂隙附近,在进风侧靠近地表且在回风侧靠近裂隙底端;当工作面推进120 m,即产生3条贯通型裂缝时,采空区自燃危险性最大,结合风流场云图确定上煤层底板自燃危险区距工作面水平距离为97.5 m,是煤矿开采过程中的重点防护区域。

再生顶板条件下煤自燃危险区域空间分布特征

为避免煤层开采过程中再生顶板遗煤自燃,明确其内部流场特性,探究煤自燃危险区域动态特征,以山东某矿再生顶板遗煤自燃特性分析为例,采用数值模拟方法,对比分析采空区及再生顶板在不同风量下的漏风特征,并结合再生顶板结构特性,基于氧气质量分数与漏风速度复合指标,采取投影叠加判定新方法,确定煤自燃危险区域范围。研究结果表明:采空区深度小于60 m时,氧气质量分数逐渐减小,60 m后氧气质量分数不再受风量影响;而再生顶板氧气质量分数分布具有非对称性,在回风巷尾端会形成一个“三角形”中空区域。采空区在倾向上20~40 m范围内发生漏风回流,而再生顶板漏风速度分布呈“U”型对称分布。采空区煤自燃危险区域变化特征与氧化带相类似,而再生顶板煤自燃危险区域范围主要分布在靠近进风巷中部及回风巷前中部内侧区域,且随风量的增加,危险区域面积逐渐增大并逐渐向尾部延伸。

采空区遗煤自燃红外非接触探测距离研究

采空区遗煤自燃是造成煤矿井下火灾事故的重要原因,受井下采空区实际情况限制,现有探测手段无法直接获得遗煤蓄热自燃的真实情况。本文利用红外热成像仪的非接触测温特点,通过测温原理分析、实验系统设计和搭建的手段,开展了贴近井下采空区真实环境的FOTRIC348红外热成像仪有效探测距离的测定实验,并进行了井下工程验证。结果表明,区域测温模式、线测温模式和点测温模式中FOTRIC348的有效探测距离分别为8~12 m、10~13 m和9~13 m;井下试验时FOTRIC348的有效探测距离为10~12 m;对上述探测距离取交集,综合判断FOTRIC348红外热成像仪在判断工作面两顺槽采空区遗煤蓄热自燃阶段的有效探测距离为10~12 m。该值的确定可为采空区遗煤自燃防治措施的实施提供针对性的决策依据。

烟气对采空区遗煤自燃特性抑制作用研究

为研究烟气对采空区遗煤自燃的抑制作用,通过分析烟气中各组分对国家能源集团国神公司三道沟煤矿采空区遗煤在低温氧化过程中的气体释放特性及对煤炭的吸附量和竞争吸附选择性等特性参数的影响规律,探究了低温氧化过程中烟气组分抑制煤自燃特性的竞争吸附与稀释作用,揭示了烟气对煤自燃特性的抑制作用机制。结果表明,烟气可以通过关键组分CO_(2)的竞争吸附作用优先占据吸附位点,同时通过烟气的稀释作用降低环境中的O_(2)浓度,进而减少煤氧接触,抑制煤氧复合反应,减缓遗煤低温氧化进程。利用数值模拟采空区不同注入条件下氧化带的变化规律,注气后氧化带宽度变小,且向工作面推移,最终确定最佳注气位置为进风侧距工作面156m处,最佳注气流量为1 205m^(3)/h。

浅埋近距离煤层群上覆采空区火灾及气体下泄防治研究

针对沙坪煤矿13103工作面浅埋近距离煤层上覆采空区煤层自燃和气体下泄问题,综合利用地面红外探测和同位素测氡等多种方法探测13103工作面上覆采空区自然发火状态,在此基础上用SF6气体进行漏风通道测定,并采用数值模拟方法分析了CO气体的下泄机理。研究结果表明:煤层自燃倾向性、复杂埋藏条件和老窑火区是发生煤层自燃的主要原因,在标定12个火区中心点和39 077 m2隐患区域基础上,发现地面、采空区火区和工作面三者裂隙相互连接是导致CO气体在工作面后半部分涌入工作面并在回风隅角处聚集的主要原因。同时,研究发现,采用井上下联防联控手段可消除上覆采空区内高温点,使得CO气体浓度稳定在0.05%以下,有效控制了采空区自燃和气体下泄问题,保障了13103工作面安全生产。

综合防灭火技术在切顶卸压留巷工作面开采中的应用

针对62711综采工作面采用切顶卸压留巷技术期间面临漏风严重、采空区遗煤自燃发火风险高等问题,结合现场条件提出以减少漏风、快速惰化采空区为核心的防灭火技术,并进行工程应用。采面回采时通过束管监测系统可实现采空区内气体成分实时监测,实现遗煤自燃发火预警;喷洒阻化剂及注氮等均可减少遗煤与氧气接触,从而减缓甚至抑制遗煤自燃氧化进程;留巷段采空区帮喷射聚氨酯封堵可减少采空区内漏风量;当采面或采空区出现自燃发火标志性气体时,通过向采空区灌注凝胶覆盖潜在的自燃氧化区域,及时阻化氧化进程。现场应用后,62711综采工作面得以安全高效回采,采面各位置、采空区等均未监测到自燃发火标志性气体,现场取得较好防灭火效果。

对综放开放采空区煤炭自燃防治技术的研究

在当今社会经济快速发展的新形势下,煤炭作为重要能源仍旧占据着主导地位,随着开采过程中资源开采深度的增加,尤其是在各种复杂环境条件下,煤炭自燃等矿井灾害问题日益突出。煤炭自燃是煤矿开采过程中的一种严重安全隐患,特别是在综放开放采空区,由于空间大、通风条件差,煤炭自燃的风险更高,这也使综放开放采空区煤炭自燃成为代表性的问题,严重影响了采煤效率及矿井安全生产,因此开展针对此类问题的深入研究具有重要的现实意义。聚焦于综放开放采空区煤炭自燃问题,可有针对性地提出完整的应对方案,希望通过采用综防技术在根本上有效控制和预防井下自燃现象的发生,为矿业生产保驾护航。

浅埋藏大采高自燃煤层堵漏风防灭火技术实践

以A矿1205综采工作面火灾防治需求为背景,在对工作面自然发火危险性进行深入分析的基础上,阐述了工作面火灾防治的重点是抑制采空区漏风,提出了进回风巷端头封堵和联络巷密闭封堵相结合的堵漏风措施,并以后者为重点。结合数值模拟,详细论述了密闭位置、密闭墙体结构、充填材料和墙体厚度。应用结果表明:堵漏风防灭火技术实施后,采空区遗煤自燃得到有效抑制,工作面未发生火灾事故,保障了生产安全。

高河矿E1302膏体充填开采工作面温度变化分析

为确保膏体充填工作面的安全高效回采,以高河矿E1302工作面为研究对象,结合试验、模拟分析及现场实测等技术手段,对采面生产期间采空区的温度变化情况以及下部煤层自然发火情况等进行了分析。结果表明,E1302工作面在膏体凝固期间会释放热量,从而导致了采空区下部煤层及采面内温度增长,而温度增长会增加下部煤层自然发火的危险性,但是膏体充填采空区的遗煤缺乏持续自燃氧化条件,从而降低了采空区自然发火的危险性。E1302工作面膏体充填开采期间,采面内及回风口位置CO体积分数均在安全范围内,表明现场采用的膏体充填材料可满足采面采空区自然发火防治需求。

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。

高瓦斯易自燃煤层高位抽采孔对采空区气体运移及分布规律的影响

高瓦斯易自燃矿井在采空区上覆邻近层瓦斯抽采的过程中,会对采空区漏风流场和气体体积分数场产生重要影响,进而影响采空区煤自然发火状态。为此,以山西省潞安温庄煤矿15102号工作面为研究背景,高位抽采钻孔对采空区煤自燃影响进行数值模拟研究。研究结果表明,在初始条件下未抽采的采空区进风侧自燃带宽度仅为44 m,但在采空区上隅角瓦斯出现超限现象;在高位抽采钻孔布置方式条件下,上隅角瓦斯体积分数下降明显,抽采效果显著,但各区域氧化带宽度均增加。因此,本研究表明,在进行采空区瓦斯抽采防治煤自燃的过程中,要时刻关注抽采对采空区煤自燃的影响,采取有力措施,避免煤自燃事故的发生。

山西某矿U型通风工作面采空区漏风及防控技术研究

针对山西某矿8203综采工作面采空区火灾隐患问题,建立了U型通风采空区三维模型,运用CFD软件模拟1 m/s、2 m/s、3 m/s和4 m/s不同风速下综采工作面采空区速度场状态,根据模拟结果对综采工作面风量进行计算并分析漏风原因;最后根据模拟结果提出相应的防控策略以防止采空区煤自燃。研究结果表明:工作面进风端水平距离0~30 m,为综采工作面采空区漏风主要区域;采空区漏风时,进风侧漏风较严重,已发生煤自燃现象;在进风速度为3 m/s且高度相同时,采空区氧化面积最大。结合煤矿实际情况,在进风侧采空区实施堵漏风防灭火技术、注浆防灭火和注氮防灭火联合防控技术,提高矿井开采安全性。

矿井采空区火灾监测预警技术研究

针对巴彦高勒矿井综放工作面采空区无线监测技术不成熟的问题,以系统工程理论和系统可靠性理论分析为基础,以系统可靠性和先进无线监测技术为支撑,构建出了煤矿高效无线监测成套技术的总体方案,提出了新型无线监测成套技术模式。研究开发了矿井采空区火灾预警智能惰化控制技术配套软件,实现采空区三带标志性气体变化的实时监测与智能预警,做到系统智能联动及预测自燃发展的趋势,能够有效防范采空区自然发火。

“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。

采空区均压防灭火技术在滕东煤矿的应用

为了解决采空区漏风造成遗煤自燃的难题,提出了一种煤矿井下调整采空区两端压差的方法,对滕东煤矿通风系统现状进行分析。以均压防灭火机理为依据,设计滕东煤矿均压防灭火工艺方案,利用连通管将各封闭空间互相连接,以此维持封闭空间的压力,保持采空区两端压力平衡,达到防止向采空区漏风供氧的目的。通过在滕东煤矿的井下现场试验,均压防灭火技术能够使密闭内外压力差降到0~20 Pa,使采空区密闭内外压力达到均衡,阻止气体的逸出,有效防止向采空区漏风供氧,从而防止采空区遗煤发生自燃,在滕东煤矿取得较好的防治效果。

110工法采空区漏风控制及煤自燃分区防控技术

针对陕西黄陵一号煤矿“两进一回”通风方式下,采空区漏风通道复杂及煤自燃防治困难等问题,通过数值模拟结合现场实测,分析通风量对漏风规律、氧浓度分布的影响,提出110工法沿空留巷采空区漏风控制与煤自燃分区防控技术。研究结果表明,“两进一回”通风方式下,采空区内漏风影响范围随着辅运顺槽风量增加而增大,辅运顺槽侧采空区内氧气浓度大于进风顺槽侧;进风顺槽风量增大也会产生类似的现象,但较辅运顺槽风量改变时不明显。现场观测结果表明:1009工作面进风顺槽氧浓度测点在125m处降至18%,当深入到273m处氧气浓度降至8%,辅运顺槽测点在300m处氧气浓度降至18%,与模拟结果基本吻合。结合现场实际提出集“隔离、堵漏、惰化、阻化、应急”为一体的采空区防灭火工艺,研究结果对采空区漏风及煤自燃灾害防治具有重要意义。

近距离煤层群开采复合采空区火区综合治理技术实践

针对近距离煤层开采形成的上下煤层复合采空区火区治理难题,以唐山沟煤矿83101工作面复合采空区火区为例,采取漏风封堵、均压控风和注浆注氮降温等技术对火区进行治理。启封前,采用注氮惰化及注浆封堵协同技术,在控制异常区域温度和CO气体扩散的同时,降低氧气体积分数,抑制遗煤氧化;启封后,采用均压控风技术,并对高温区域进行强化注浆降温,有效阻断遗煤氧化自燃的蔓延,减少有害气体扩散。现场结果表明,83101复合采空区火区启封前后未发生火区复燃现象,实现了工作面在慢采条件下的安全复采。该实践成果可为近距离煤层开采火区启封及工作面安全复采提供有力支撑。

特厚煤层重复采动作用下采空区自燃“三带”位移变化

为探究特厚煤层重复采动下采空区煤自燃“三带”的分布特征,基于束管监测系统,在铜川下石节煤矿222工作面进行现场实测,确定其自燃“三带”的分布规律。借助Fluent软件分别模拟重复采动及单一采动时采空区内氧气浓度的动态分布规律,发现重复采动采空区内实测结果与数值模拟结果基本一致。与单一采动模拟结果对比,重复采动导致采空区内部的散热带和氧化带出现缩短趋势;在进风侧散热带前移6.8%,氧化带前移7.0%;回风侧散热带前移14.3%,氧化带前移11.3%。研究成果能够为重复采动作用下采空区煤自燃危险区域防治提供依据。