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。

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。

复采工作面煤自燃危险区域划分及综合治理技术研究

针对运河煤矿F1301复采工作面煤自然发火事故,基于F1301工作面开采的实际情况,对工作面自然发火隐患进行分析,根据进回风巷钻孔的气样数据将工作面巷道两侧采空区煤自燃的危险程度分为高风险、一般风险和低风险三个级别,对此提出防灭火监测监控系统及综合治理技术,并在实际工程中得到应用,应用结果表明,各观测钻孔内CO浓度整体呈现波动下降趋势,最终稳定在0.024‰以下,有效抑制了采空区内遗煤的氧化进程,消除了F1301工作面开采过程中邻近1301、1302采空区的煤自燃隐患,有利于保障F1301工作面后续的顺利回采。

近距离煤层群联合开采火区“三位一体”治理技术

针对近距离煤层群开采期间的自然发火防治难题,以新维煤矿2110、3108工作面断层区域火点处置为例,通过实验研究与现场实践相结合的手段,开展隐蔽火点的探测与综合治理技术研究。3号煤层自然发火模拟实验结果表明:CO、C_(2)H_(4)体积分数与煤温呈二次函数关系,可用于煤层自然发火预测预报;氧气体积分数的降低可以有效抑制煤自燃氧化进程,氧气体积分数为7%时最为明显,因此将其设为3号煤层自然发火的临界氧气体积分数。通过自燃隐患分析结合钻孔探查划定了3110轨道巷以西长80 m、宽10 m的F9断层区域为自然发火隐患区域,并提出以注浆降温为先导,以注胶堵漏为核心,以注氮阻爆为手段的液-胶-气“三位一体”的火区治理思路,累计向隐患区域注浆180 t、注胶504 m^(3),2110工作面采空区注氮流量保持在810 m^(3)/h,实现了火区的有效治理,保障了2个工作面的顺利启封与安全回采。

沟壑地区浅埋煤层采空区煤自燃危险区域研究

沟壑地区浅埋煤层上覆岩层厚度不均匀,采动影响造成地表开裂形成台阶式下沉趋势,造成地表裂隙漏风,长时间漏风供氧致采空区遗煤自燃氧化条件良好,威胁矿井安全生产。以典型的某矿沟壑地貌浅埋煤层中11B602工作面为研究对象,现场观测地表裂缝发育几何形貌及大尺度漏风裂缝分布特征,并采用数值模拟研究采空区漏风规律,划分煤自燃危险区域。研究表明:工作面对应地表存在拉伸型和开裂型等裂缝,且风流由地表漏向采空区;受地表漏风影响,采空区内整体O_(2)浓度升高,两巷位置O_(2)浓度大于8%,采空区内由地表向两道漏风引起的煤自燃危险区域为进风侧100~151 m、回风侧14~85 m。通过采取井上下综合防治的措施,有效控制了地表漏风和采空区遗煤自燃,保障了工作面的安全生产。

综采工作面采空区注氮防灭火技术应用

为解决工作面回采通过构造区域造成采空区遗煤氧化威胁工作面安全生产的问题,对工作面地质条件、煤体自燃以及注氮防灭火的原理进行分析,采用注氮防灭火技术对采空区进行治理。利用Fluent数值模拟软件对注氮位置进行计算,设计在滞后工作面50 m位置处进行间隔式注氮,注氮量2200 m^(3)/h。结果表明:工作面在采取注氮防灭火措施后,CO浓度由0.0096%下降至最高0.0002%,确保了工作面安全生产。

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。

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。

Bulking factor of the strata overlying the gob and a three-dimensional numerical simulation of the air leakage flow field

现在的学习检验与在家和国外执行的嘴 bulking 因素有关的研究的结果。一个三维的嘴 bulking 因素的数学功能基于一个三维的嘴模型被描述。为空隙和渗透比率拿价值的方法也被建议。充分使机械化的最高的煤的空气漏的法律在这研究被研究。结果证明上面、更低的 crossheadings 附近的空气流动的速度在在从工作的脸的一样的距离的嘴的中央节比那高。当在工作的脸的空气的数量超过批评数量时，在上面、更低的 crossheadings 的自燃地区的宽度在中央节也比那大。处于这种状况，钥匙正在阻止从 self-igniting 在上面、更低的 crossheadings 离开的煤。在工作的脸减少空气的数量能减少自燃地区的宽度，特别上面、更低的 crossheadings 附近的宽度。这也在工作的脸的方向移动自燃地区。它能由在惰性的 crossheadings 使煤左并且由有效地在工作的脸控制空气的数量在嘴阻止煤 self-igniting。

自燃煤层沿空留巷采空区遗煤自燃规律及防控技术研究

针对沿空留巷情况下采空区遗煤易自燃、发火等问题,以平煤二矿为研究背景,根据沿空留巷采空区特征及工作面通风方式特点,建立采空区自然发火数学模型。对未留巷、留巷未采取防漏风措施及留巷采取措施等情况下采空区自然发火特征进行数值模拟,并在现场进行了工业性试验。研究结果表明:采用沿空留巷技术后增加了采空区漏风量,氧气浓度面积增加,致使采空区内温度升高;依据沿空留巷下采空区自然发火模拟分析,认为在沿空巷道采取漏风措施可降低采空区遗煤自然发火危险性;建立沿空留巷分级防控防灭火技术体系,并在现场进行了应用。为类似条件下沿空留巷采空区遗煤自燃防治提供参考。

多夹层顶板综放工作面采空区自燃“三带”划分

采空区遗煤自燃属于煤矿重要灾害。为探究其自燃“三带”分布规律,以高家窑煤矿5203综放工作面为研究对象,采用实验室测定煤相关自然发火特性参数,现场布置运输巷与回风巷两侧的温度与气体采集系统,Fluent模拟采空区风流速度等方法,对5203综放工作面“三带”进行了划分。结果表明:以温度为划分标准的“三带”范围与氧气浓度划分的范围相近,以氧气浓度划分的散热带宽度为17.0~21.2 m,自燃带宽度为66.7~74.6 m,窒息带宽度大于83.7~95.8 m。Fluent模拟的散热带宽度为18~22 m,自燃带宽度为64~73 m,模拟结果与实测自燃“三带”范围相近。并结合5#煤层最短自然发火期计算出工作面最低推进速度,研究结果可为矿井安全生产提供保障。

自燃煤层切顶卸压沿空留巷防灭火技术研究

为解决自燃煤层切顶卸压沿空留巷过程中采空区防灭火问题,以平煤二矿庚20-21100工作面为背景,采用理论分析、实验室试验、数值模拟等方法研究了切顶留巷采空区自然发火特征,基于分级防控防灭火的思路,制定了防漏风和间歇性注氮防灭火技术措施,并在现场成功应用。结果表明:庚19、庚20煤层自然发火标志性气体以CO和C_(2)H_(4)为主,以C_(2)H_(2)为辅;采取防漏风及注氮防灭火措施对采空区遗煤氧化的抑制作用明显;现场采取采空区防漏风及间歇性注氮措施后,在留巷及留巷复用期间,未监测到自然发火指标气体,实现了自燃煤层切顶卸压沿空留巷安全开采,为类似条件防灭火提供了一定的借鉴。

倾斜煤层采空区自燃“三带”划分及防灭火措施

山西金晖瑞隆煤业有限公司主采的8+10号煤层具有自然发火危险性,为准确确定8115工作面自燃带位置,以便为采取防灭火措施提供靶位,以氧气体积分数作为划分指标,采用束管抽气法进行采空区自燃“三带”现场测定。构建采空区数值模型,采用FLUENT软件进行解算,得出采空区氧气体积分数分布规律。基于此,对自燃“三带”进行划分,确定自燃带宽度,并提出防灭火对策。结果表明:8115工作面采空区散热带为0~51.2 m;自燃带为51.2~86.2 m;窒息带为86.2 m以里。建议采用埋管注氮或架间插管汽雾阻化防灭火措施,对采空区自燃带进行全方位防灭火控制。

基于Box-Behnken设计的CO_(2)防灭火数值模拟

为研究分析不同位置下注CO_(2)、不同注CO_(2)流量及不同温度CO_(2)对防灭火的影响,选取阳煤五矿8406工作面为研究对象,在数值模拟基础上,采用Design Expert软件进行BoxBehnken试验设计,构建了采空区氧化带最大宽度在三因素、三水平条件下的二次回归响应曲面模型,并对不同条件下采空区氧化带最大宽度进行了预测与分析。结果表明:氧化带最大宽度随注CO_(2)流量增加而降低,随CO_(2)注入温度增加而增加;二次回归方程显著性判断值P<0.0001,极显著,失拟项为0.2537,不显著;当注CO_(2)位置在20~40 m,注CO_(2)流量在720~1080 m^(3)/min,注CO_(2)温度在278~288 K之间,对氧化带最大宽度一次项重要度排序为注CO_(2)流量>注CO_(2)温度>注CO_(2)位置;二次项重要度排序为注CO_(2)位置和注CO_(2)流量>注CO_(2)位置和注CO_(2)温度>注CO_(2)流量和注CO_(2)温度,且注CO_(2)位置、注CO_(2)流量和注CO_(2)温度间均无交互作用;最优参数设置为:注CO_(2)位置为30 m,注CO_(2)流量为900 m^(3)/min,注CO_(2)温度为283 K。

低位巷瓦斯抽采条件下采空区遗煤自燃规律研究

煤层顶板布置低位巷抽采瓦斯是解决工作面上隅角瓦斯超限问题的重要技术措施,但低位巷大流量混合抽采造成采空区漏风严重,增加遗煤自燃风险。目前针对低位巷布置与抽采流量协同影响采空区遗煤自燃方面的研究较少。针对贾家沟煤矿10106工作面布置低位巷抽采采空区瓦斯的实际情况,采用COMSOL软件建立了非均质采空区三维流-固-热多场耦合数值模型,通过数值模拟分析了低位巷抽采瓦斯诱导采空区遗煤自燃规律,结果表明:低位巷瓦斯抽采能够降低工作面上隅角瓦斯浓度;瓦斯抽采流量与自燃氧化带最大宽度、采空区最高温度呈正比,抽采流量增加,则自燃氧化带最大宽度和采空区最高温度增加,但过高的抽采压力导致上隅角附近空气“回流”至采空区,增加采空区遗煤自燃风险;当低位巷瓦斯抽采流量一定时,内错距越小,则采空区自燃氧化带最大宽度和最高温度越大。结合数值模拟结果与工程实践,确定贾家沟煤矿低位巷内错距为15 m,瓦斯抽采流量为45 m^(3)/min,此时上隅角瓦斯体积分数为0.875%,采空区自燃氧化带最大宽度为59.14 m,有效解决了上隅角瓦斯浓度超限问题,且未显著增大采空区遗煤自燃危险区域。

薄煤层采空区自燃三带划分及危险性分析

为了研究薄煤层工作面自然发火的危险性,保证东大煤矿的安全生产,对采空区煤炭自然发火进行有效的监测预警和防治。采用铺设束管的方法对东大煤矿12118综采工作面进行采空区气体的监测,并对井下气体进行气相色谱分析,根据所测氧气浓度结合煤的氧化升温实验得到的各种指标气体产生规律,分析采空区自燃“三带”的分布规律;采用印度学者贝纳基提出的预测方法对工作面自然发火危险性做出评价,确定12118综采工作面自然发火危险性为Ⅲ类可能自然发火,需要制定相应措施,对自然发火现象进行监测预警;通过计算有效确定工作面最小安全推进速度,制订采空区自然发火防治措施,对薄煤层综采工作面自然发火防治具有借鉴作用。

浅埋深煤层采空区自燃危险区判定及防治技术

浅埋深煤层工作面在开采过程中受采动影响更易产生与地面连通的裂隙,从而导致采空区漏风供氧增加、遗煤自然发火隐患增大。为尝试解决这一问题,以李家塔煤矿2号煤层首采1201工作面为研究对象,现场实测了工作面通风参数、采空区内进、回风两侧氧气体积分数的变化规律;CFD仿真模拟了不同供风量下采空区内部自燃危险区域的分布特征;并在此基础上提出了氧化区惰化降温、漏风区域控风堵漏、覆盖遗煤阻隔煤氧化反应“三位一体”的采空区遗煤自燃综合防灭火技术措施。结果表明:1201工作面采空区自燃危险分布范围为:进风侧86~222m,回风侧54~156 m。

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。

自燃煤层放顶煤开采采空区“三带”划分研究

针对采空区遗煤氧化升温导致火灾现象,采用现场实测方法,研究采空区O_(2)、CO、CH_(4)浓度以及温度变化特征,结合遗煤氧化升温特性,对采空区发火趋势进行了预测。研究结果表明:当工作面推进超过80 m时,煤体已经充分压实,氧气浓度降低制约遗煤氧化升温反应,采空区进入窒息带,CO浓度稳定在18×10^(-6);CH_(4)浓度变化随推进距离呈现连续增长趋势,略有下降后逐渐稳定,由工作面中部向两侧巷道纵向递减,最大CH_(4)浓度为1.15%;采空区各测点达到温度峰值呈现滞后性,工作面中部测点温度出现峰值时间早于回风巷早于进风巷,最高温度不超过21.2℃;采用氧浓度指标法确定氧化升温带为42.8 m,工作面最小安全推进速度0.658 m/d,在正常回采期间不会发生遗煤自燃现象。