超长综采工作面撤架期间煤自燃预测及防控技术研究

为治理济宁二号井9303超长综采工作面撤架周期长、采空区遗煤量大、存在漏风等问题导致的采空区煤自燃,基于数学建模、程序升温试验、现场原位监测相结合的方式,研究了适合超长工作面撤架期间煤自燃预测与防控一体的综合防治技术。根据已有的对推采期间上隅角CO预测研究与现场条件推演停采撤架期间上隅角CO浓度数学模型;通过程序升温-色谱分析试验获得采空区遗煤氧化升温过程中CO与C2H4的生成规律;依据煤自燃危险区域判定理论对采空区自燃"三带"分布进行现场观测,通过上隅角CO浓度预测数学模型、采空区束管监测数据以及工作面参数计算得到上隅角CO预测浓度,判断采空区遗煤自然发火危险性;最后结合预测结果、工作面发火特点以及煤自燃防治工作经验,提出封堵减漏、惰化降温等防控措施。结果表明:遗煤氧化升温的临界温度为60~80℃、干裂温度为110~130℃、采空区遗煤氧化升温标志气体随温度变化呈类指数增长;常温、临界温度、干裂温度三个特征温度对应的上隅角CO体积分数预测范围分别为:≤36.30×10-6、(410.02~1 758.05)×10-6、(12 264.33~38 197.95)×10-6;通过上隅角CO浓度预测与现场监测值对比分析,成功预测了停采撤架期间采空区煤自燃程度,所提出的针对性防控措施成功消除了煤自燃隐患,保证了撤架工作的顺利进行。

开采特厚煤层防治自然发火实践

介绍了兴山矿六井采用倾斜分层走向长壁采煤法开采特厚煤层，防治自然发火的经验。

高地温特厚煤层超长时间撤面防灭火治理体系构建

为治理新巨龙公司煤矿8301高地温特厚煤层工作面末采期间受2305S进风巷冲击地压事件影响造成该综放工作面因长时间停采而致使工作面采空区出现煤自燃的问题,从煤自然发火条件出发,对8301工作面自燃的因素进行了分析,确定引起煤自然发火的关键因素。根据8301工作面实际地质构造条件,通过完善工作面双回路的注浆、注胶体、注液态CO2、注N2管路系统,针对性地对自燃危险区域进行超前防灭火作业和气体监测监控,并且为了能更方便地管理工作面撤架期间的防灭火工作,按照国家矿井"精准、精细、精确"的治灾标准的要求,创新性地提出了构建高地温特厚煤层综放工作面末采-撤架期间的双重防灭火体系,即"三步法撤面技术体系、一张图撤面管理体系",对采空区遗煤自燃危险区域实现超前预防、治理和监测监控。同时利用监测监控气体的手段,通过气体浓度变化来验证工作面采空区超前预防、治理的效果和指导工作面采空区危险区域的下一步防灭火工作的重点区域。实践证明,该双重防灭火体系有效保障了8301工作面在复杂条件下超长时间的末采-回撤期间采空区煤自燃防灭火工作,实现了液压支架的安全回收和工作人员的安全作业,为高地温厚煤层复杂综放工作面末采-回撤期间煤自燃防治积累了成功经验。

高地温特厚煤层超长时间撤面防灭火治理体系构建与应用

为治理新巨龙公司煤矿8301高地温特厚煤层工作面末采期间受冲击地压事件影响,造成该综放面因长时间停采致使出现煤自然发火的问题,创新性地提出了构建高地温特厚煤层综放面末采-撤架期间的双重防灭火体系,即“三步法撤面技术体系、一张图撤面管理体系”,对采空区遗煤自燃危险区域实现超前预防、治理和监测监控。同时通过气体浓度变化来验证工作面采空区超前预防、治理的效果,并指导下一步防灭火工作的重点采空区危险区域。

“U+L”型通风超长工作面瓦斯与煤自燃复合灾害分布规律研究

针对"U+L"型通风超长工作面瓦斯与煤自燃复合灾害防治,以黄陵矿业公司205采煤工作面为例,模拟分析了采空区漏风规律、瓦斯浓度分布规律和氧浓度分布规律,通过束管监测验证了氧浓度分布。研究得出:进风侧采空区瓦斯和氧浓度场叠加形成的狭长"S"型区域和封闭联络巷是煤自燃诱发爆炸的重大风险区域,并提出相应防治建议。

8.8m超大采高工作面煤自燃防治经验探讨

超大采高工作面煤自燃监测数据包括气体浓度、温度等,研究方法包括实验、数值模拟、现场观测等。现有研究大多未考虑各指标之间的关系,研究手段及数据分析方法单一。针对该问题,以上湾煤矿采高为8.8 m的12401工作面为例,通过煤自燃实验、现场“三带”实测及数值模拟相结合的方式,分析煤自燃火灾过程中气体浓度与温度之间的关联关系,总结采空区内因火灾发火规律和特征。建立地面钻孔注氮模型,反演了采取注氮措施前后O_( 2)浓度场、CO浓度场、温度场和“三带”分布变化规律;针对高温异常区域,根据数值模拟结果选取注氮位置,采用地面与井下一起注氮的方式降低火灾危险性。研究结果表明:CO可作为预测煤自燃的指标气体,CO_( 2)和CH_( 4)不能作为指标气体,C_( 2)H_( 6),C_( 2)H_( 4),C_( 2)H_( 2),H_( 2)可作为辅助指标气体;采取注氮措施后,氧化升温带的宽度大大减小,CO体积分数明显降低,最高点温度迅速下降,惰化效果显著;高温异常区域CO体积分数及温度有逐渐下降的趋势,验证了注氮位置的合理性和注氮措施的有效性。

综放工作面采空区自燃区域判定及防治技术

根据新巨龙能源有限责任公司特厚煤层综放开采工作面自燃特点,确定采用"防控结合、重在预防"的防火指导原则,建立以预测预报技术、综合防控技术、特殊区域防火技术、应急技术相结合的煤层自燃综合防治技术体系,保障了工作面的安全生产。

超长综采工作面设备回撤期间采空区遗煤自燃防控技术研究

受到工作面斜长长、地质构造复杂以及采空区内遗煤量大等不利因素影响,9605综采工作面停采设备回撤期间采空区内遗煤自燃风险较高。为此,使用人工监测、束管系统等对采空区内气体成分进行分析,并通过采空区封堵、灌注液态二氧化碳以及MEA防火剂措施降低采空区内氧气浓度、温度以及遗煤自燃危险性。现场应用后,综采设备回撤期间回风流中未监测到有CO等自燃发火标志性气体,同时采空区内温度、自燃发火标志性气体等始终保持稳定,现场取得较好的采空区遗煤自燃防控效果。研究成果可为其他矿井综采工作面设备回撤期间防灭火工作开展提供经验借鉴。

易发火特厚煤层π放防火技术

针对矿井发火严重的现实(特别是利用π型钢放顶煤这一采煤方法,更增加防火难度),大陆煤矿认真吸取以往的发火教训,总结经验,采取了一系列综合防灭火的措施,为防治自燃发火工作创出了一条可行之路。

物化协同阻化剂的制备与性能实验研究

为了更好地抑制采空区遗煤自燃,针对单一性质阻化剂效率低的缺陷,将高吸水性树脂和抗氧剂作为主要原料,研制出具有物理兼化学阻化效果的新型物化协同阻化剂。采用程序升温-气相色谱联用实验分析各阻化煤样在氧化升温过程中CO、C_2H_4的生成变化规律。基于差示扫描量热实验,将各试样在升温过程中的活化能作为指标探究阻化剂对煤的阻化效果。结果表明:物化协同阻化剂既弥补了抗氧剂在煤氧化前期的弱阻化性,又克服了含水树脂在煤氧化后期阻化失效的缺陷,最大程度地抑制了煤的氧化产物和提高了煤氧化前后期的活化能,表现出的总体阻化效果比单独使用含水树脂或抗氧剂要好,是一种综合性能较好的新型复合协同阻化剂。

高瓦斯矿井采空区防灭火及工作面端头封堵技术

针对高瓦斯矿井采空区遗煤易自燃、工作面端头封堵不严易造成瓦斯超限等问题,分析了目前常用的采空区防灭火技术及工作面端头封堵方法的缺陷,提出了超高水材料井下灭火技术及超高水材料泵送装袋封堵工作面端头方法,并在主焦煤矿成功应用,将作业时间缩减了50%,提高了劳动效率,改善了作业环境,为矿井绿色安全高效开采提供了技术支撑。

高吸水性树脂对煤的阻燃性能实验研究

为了研究高吸水性树脂(SAP)对煤的阻燃性能,通过实验测试了高吸水性树脂的防灭火特性,采用基于程序升温法的煤氧化自燃模拟系统对比分析了原煤与含有水或高吸水性树脂的混合煤样在氧化升温过程中的温度变化特点,以及氧化产物的生成变化规律。结果表明:高吸水性树脂不仅能够延长煤氧化升温时间,减小氧化升温的整体速率,还能明显抑制氧化产物的生成,使其生成的初始温度更高,生成量更少,从而发挥较好的阻燃效果。因此,高吸水性树脂可作为一种新型矿井防灭火材料加以研究和开发。