浅埋综放开采地表漏风对遗煤自燃的影响及治理

针对平朔矿区浅埋综放开采地表裂缝漏风问题,分析了地表漏风原因及其对采空区遗煤自燃的危害,采用"地表气压与井下采空区气压差、工作面进风巷与回风巷风量差、示踪气体地面瞬时释放法"确定地表漏风各参数:9203工作面回风巷风量比进风巷风量大,差值为81 m3/min,地面空气经地表裂隙流入采空区,最低漏风风速为0.097 m/s。根据漏风测试结果,提出了"地面封堵裂缝防漏风+采空区注氮防灭火+回采工艺及组织管理改革"的综合防范与治理措施。现场实践表明,上述措施有效控制了浅埋综放开采地表漏风和采空区遗煤自燃,保证了工作面安全回采。

采空区通地表漏风状态下的矿井诱导通风系统研究

承德铜矿采用有底柱分段崩落法开采,随着地下矿山开采进展及采空区增大,出现采空区通地表漏风现象,受采矿方法所限,漏风通道不能通过充填、封堵且与地表相通,对矿井通风系统的稳定性影响非常严重。通过分析该矿山采空区漏风特点,建立了采空区通地表三维物理模型,并基于Fluent软件对采空区通地表漏风风速流场规律进行了数值模拟。研究表明:采空区通地表漏风条件下,工作面及采空区流场的分布在各方向上具有明显的分区规律。漏风采空区通道距工作面越近,对工作面风流影响越大,采空区风流趋向一定的规律向回风巷道移动;当漏风速度较小时,在漏风通道和工作面的采空区风流大致呈“U”形流动,越靠近工作面风流越大。根据上述分析,提出利用通地表采空区回风,将漏风通道加入通风网络中,在风向最易改变点来诱导通地表采空区回风,形成诱导通风系统,重建通风系统动态模型。针对控制采空区漏风的通风网络进行了诱导通风研究,较好地解决了采空区漏风问题。上述研究反映出,将采空区作为通风回路的诱导通风网络并重新优化通风网络,是解决采空区漏风控制问题的有效手段。

基于双示踪技术浅埋煤层采空区地表漏风规律研究

为研究浅埋煤层开采抽出式通风工作面上覆地表裂隙对采空区漏风的影响,以补连塔煤矿22310工作面采空区为研究对象,采用双元示踪技术,对该抽出式通风工作面采空区地表漏风规律进行动态试验研究。研究结果表明:该工作面采空区对应地表有效漏风走向范围为0~[123m,137m);在工作面倾向上,靠近采空区回风侧漏风大于进风侧;通过计算比较得到,越靠近工作面,采空区内漏风风速越大。该研究对类似工作面采空区漏风防治有一定的指导意义。

基于网络解算的浅埋采空区地表漏风模拟技术研究

为分析浅埋煤层地表开敞性裂隙漏风对矿井通风系统与采空区流场的影响,构建了地表漏风条件下浅埋采空区流场与井巷风网耦合模型。针对采空区网络分支数多的特点,提出了采用LDLT分解法改进牛顿法解算通风网络的性能。以红柳林煤矿15207采空区地表漏风为例,模拟了大规模地表漏风对工作面通风系统的影响和不同地表漏风量下采空区流场,得到地表漏风导致采空区自燃"三带"分布异形化和地表漏风量不宜超过5m3/s的结论,为工作面安全回采提供了技术支撑。

陕北某矿浅埋煤层地表漏风模拟研究

研究地表漏风对柠条塔采空区流场的影响,介绍采空区流场模拟的基本原理,通过测量工作面沿线的风量分布,经过反复试算并与实测风量进行对比,确定柠条塔矿采空区冒落带孔隙率的分布规律,验证了模型的可靠性。最终对陕北某矿S1223采空区的速度场及氧气浓度场进行模拟研究。结果表面,地表漏风增大了采空区的漏风量和采空区氧化升温带的范围,从而增大了采空区遗煤的自燃危险性。

台阶裂隙破坏区地表漏风模型与控制方法研究

为解决浅埋煤层高强度开采过程中上覆岩层发生全厚切落形成台阶裂隙并导致地表漏风问题,本文以陕北神府侏罗纪煤层台阶裂隙破坏区为研究对象,采用了载波相位动态实时差分法,监测地表台阶裂缝发育过程与规律,实时监测裂缝的落差、宽度及深度。通过分析上覆岩层裂隙发育特征与裂缝动态发育过程,建立台阶裂隙地表漏风数学模型,计算裂隙带高度及工作面顶板周期来压参数,提出台阶裂隙破坏区地表漏风分类控制方法,针对现场漏风特点及规律,通过数值模拟得到地表裂隙封堵前后采空区氧浓度分布云图。研究结果表明:可将0.36 m作为划分不同裂隙宽度等级的临界值,分级封堵措施实施后,地表裂隙平均漏风量从93 m^(3)/min降至15 m^(3)/min,平均下降幅度为83.9%,封堵效果显著。本文研究为地表台阶裂隙破坏区漏风控制方法提供经验。

浅埋厚煤层地表漏风对采空区煤自燃影响数值模拟研究

西部矿区浅埋厚煤层通常采用抽出式通风方式,地表漏风不仅使风流紊乱,而且其中的O 2贯穿采空区,与采空区遗煤共同作用使其氧化,从而发生煤自燃,并且产生的CO等有害气体超标,严重影响矿井的正常开采。目前一般采用现场实测、理论分析及实验研究方法对地面漏风引起的采空区内煤自燃的气体浓度场和温度场等进行研究,然而地表裂隙漏风自然发火实验复杂程度较高,理论分析及实验研究方法难以从三维角度认识地表漏风对采空区内煤自燃的影响规律。针对上述问题,根据我国西北矿区埋深浅、煤层厚等特点,建立三维数值计算模型,采用数值模拟与现场实测相结合的方法研究了浅埋厚煤层条件下导气裂隙采空区“三带”分布情况及不同工况下采空区O 2浓度场、CO浓度场、温度场、压力场等的分布规律,并采用ZD5煤矿火灾多参数监测装置进行现场验证。结果表明:采空区内“三带”分布规律和O 2浓度场分布受地表漏风影响明显,采空区顶部O 2容易聚集,改变了采空区内气体流场分布规律,采空区内高体积分数O 2(体积分数为18%~23%)聚集范围为沿采空区走向0~270 m、沿采空区竖直方向3~20 m,特别是在沿采空区走向0~80 m、沿采空区竖直方向3~8 m空间O 2充足、有一定遗煤且热量不容易散失,该区域煤自然发火危险程度较高;采空区内回风隅角压力最小,为-10 Pa,回风口压力最低,进风口压力最大,沿倾向、竖直方向及走向压力均逐渐增大;采空区内温度和CO分布规律类似,在采空区底部受顶部漏风影响很小,主要受工作面进风隅角影响,热量积聚和CO聚集规律与不漏风时基本一致,而从采空区中部开始,温度和CO主要受顶部漏风影响,在中部区域温度和CO均呈现“O”形圈分布,采空区顶部,温度和CO在每个断裂带与采空区交接处达到极大值,并向两侧递减,在最深部的断裂带与采空区交接处出现最大值。

季节对浅埋深厚煤层采空区垂直漏风的影响研究

针对浅埋煤层综放面回采后引起地表漏风这一难题,在生辉煤业20100工作面利用示踪气体法研究季节变换时地表的漏风规律,分析不同季节时,采空区和对应地表的温度、压强及漏风速率情况。现场实测结果发现:夏天时,工作面对应地表的温度与采空区温度差值最小,仅为1.0℃;冬天时,工作面对应地表的温度与采空区的温度差值最大,采空区温度都超过20℃,而地表处于0℃以下,二者温度的最大差值达到38.1℃;夏天和冬天释放SF6气体6个区域中采空区和对应地表气压的最大压差分别为21.95 hPa和41.68 hPa;春秋两季的采空区和对应地表气压的差值几乎相同,呈现相同的变化规律;春、秋两季时的漏风速率变化规律大致相同,差异性不明显;夏天时地表具有较小的漏风速率,最大平均值为6.923 m/min;冬天的漏风速率最大,最大平均值为8.294 m/min.根据不同季节的变化特点采取防治漏风措施,确保20100工作面正常生产。

不同季节条件下浅埋煤层采空区地表垂直漏风规律研究

在采动影响下浅埋煤层综放工作面上覆岩层垮落形成与地表贯通的裂隙,这些裂隙导致的地表垂直漏风对采空区煤自燃有重要影响。为研究不同季节条件下浅埋煤层采空区地表垂直漏风规律,分别在冬、春、夏、秋4个季节利用SF_(6)气体示踪法对陕西陕煤曹家滩矿业有限公司122108工作面进行地表垂直漏风测定,分析了不同季节地表和井下采空区的温度、大气压强及漏风速率变化规律。结果表明:①冬季工作面地表和井下采空区之间的温差相对较大,最大温差可达37.7℃,夏季工作面地表和井下采空区之间的温差相对较小,最小温差仅为0.9℃;冬季工作面地表和井下采空区之间的最大气压差达40.37hPa,夏季工作面地表和井下采空区之间的最大气压差为22.47hPa;春季和秋季工作面地表和井下采空区之间的温差、气压差则相差不大。②冬季漏风速率相对较大,平均最大漏风速率达8.364m/min;夏季漏风速率相对较小,平均最大漏风速率为6.918m/min;春季与秋季的漏风速率相差不大。③距工作面较近时,漏风速率较大。根据地表垂直漏风规律,可采取井下均压、进回风隅角封堵及地表裂隙覆盖等措施,以保证122108工作面安全开采。

浅埋厚煤层开采地表裂缝漏风控制技术

依据串草圪旦煤矿6104工作面生产技术条件,实测分析了浅埋厚煤层综放开采地表采动裂缝分布规律,工作面漏风特征及其对安全生产的影响。针对6104工作面地表漏风严重易引起CO浓度超限问题,提出了工作面均压通风技术控制地表漏风,降低工作面CO浓度。实测表明,均压通风能够有效控制地表漏风,对工作面CO浓度的控制效果明显。

察哈素煤矿3101工作面及地表漏风联合测试及其防治

察哈素煤矿地表处于沟壑地区,所开采3-1煤层属于易自燃煤层。3101工作面开采过程中,由于矿山压力显现强烈,联巷密闭产生了一定程度的破坏,同时由开采活动在地表产生了比较大的裂缝,形成了密闭和地表漏风隐患,对工作面的安全开采形成了威胁。测试了3101工作面联巷密闭压差,根据风量测试结果计算出采空区漏风率。通过在地表裂缝释放SF6,检测到了地表漏风,并计算出了地表裂隙的最大漏风风速。分析了存在漏风的原因,通过采取减风减压、提高密闭质量、填补地表裂缝等措施,减少了采空区漏风,有效防治了采空区煤炭自燃。

平行升压技术在防治地表裂隙漏风方面的应用

浅埋深工作面采空区顶板裂隙沟通地表塌陷裂缝,形成漏风通道,在矿井负压通风作用下,地面新鲜空气通过裂隙进入采空区,造成采空区煤炭自然氧化,工作面面临封闭危险。通过研究应用平行升压技术,提高采煤面大气绝对压力,实现采场与漏风通道的风压平衡,消除了采空区漏风和煤层自燃隐患,实现了安全开采。

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。

压入式通风条件下浅埋煤层工作面采空区漏风规律研究

以活鸡兔井12下206工作面为研究对象,基于采空区'O'型垮落压实和非线性渗流理论,结合采空区'竖三带'分布,建立了采空区三维渗透率分布模型,利用CFD软件Fluent对压入式通风工作面采空区漏风规律进行了数值模拟研究。结果表明:压入式通风下浅埋煤层工作面能位大于地表,使得工作面风量经采空区漏至地表,采空区内漏风流场在水平方向上近似呈'O'型分布,在垂直方向上近似呈'浴盆'状分布;从空气能位角度模拟研究了工作面与地表之间的能位差对采空区漏风的影响,研究得到工作面与地表之间的能位差越大,采空区与地表之间的漏风量也越大,并得到工作面与地表之间的能位差与漏风量呈指数函数关系。

浅埋厚煤层开采地表导气裂缝分布规律研究

为了确定浅埋厚煤层开采地表漏风范围,基于串草圪旦煤矿6104工作面生产技术条件,采用现场实测、数值计算和理论分析相结合的方法,对浅埋厚煤层开采覆岩采动裂缝及导气裂缝的分布规律进行了研究。研究结果表明:浅埋厚煤层开采覆岩采动裂缝可分为开切眼侧永久裂缝区,以及随工作面推进动态分布的裂缝产生区、裂缝贯通发展区和裂缝闭合区;6104工作面裂缝贯通发展区范围为滞后工作面0~100 m。实测6104工作面导气裂缝分布区滞后工作面0~80 m,且导气能力随裂缝滞后工作面距离的增大而降低。

易自燃特厚煤层开采矿井漏风分析与实测

针对宽沟煤矿易自燃特厚煤层开采条件,利用SF6示踪气体对地表及多层采空区之间进行了 漏风测定。结果表明:在I010201、I010202工作面开采区域范围内,B41、B42、B2煤层开采区域不重叠 时,B2煤层采空区不会与地表形成漏风通道;但在已开采的重叠区域,则可与地表直接形成裂隙沟 通;I010201工作面开采区域地表向井下的漏风风速能达到62.7 m/min,I010201工作面封闭区向上部的 I010403采空区漏风,漏风风速超过14.7 m/min。

示踪气体验证井上下漏风在上湾煤矿的应用

通过对上湾煤矿12302综采工作面及22102综采工作面进行以SF6示踪气体为检测手段,验证本采空区与上覆采空区及地表裂隙之间存在漏风通道,并采取了以地表裂隙填堵为主,井下加强对采空区气体监测为辅的措施,减少了地表裂隙与采空区之间的漏风,有效预防了采空区煤炭自燃。

浅埋煤层开采采空区漏风规律分析及治理研究

以上湾煤矿22104采空区为研究对象,在地表释放SF6示踪气体验证漏风通道的存在,计算漏风流速;使用Fluent流体模拟软件进行浅埋煤层开采采空区气体运移规律分析,以工作面实际生产参数及采空区漏风实测数据作为建模边界条件,构建采空区数值模拟分析物理模型;模拟有无地表漏风2种情况下采空区内部漏风流场及气体运移规律。模拟结果表明,在地表漏风的情况下,采空区内部低氧气体异常涌出,导致工作面上隅角低氧问题愈发严重。针对低氧问题,采用局部均压通风措施进行治理,实践表明采空区漏风量和压差减小,回风隅角氧气体积分数升高,低氧现象得到了改善。

浅埋煤层开采地表塌陷特征及采空区渗流规律研究

为探究浅埋煤层长壁采空区地裂缝漏风致灾机理,针对鄂尔多斯李家壕煤矿厚煤层、薄基岩、厚松散覆盖层等特殊开采条件,采用现场实测结合数值模拟的方式,研究了不同诱发因素及不同发展阶段下,各类裂缝发育形态特点、尺度特征及漏风状态,明确了地表漏风源及漏风范围,模拟了采空区速度场、氧浓度场分布情况,预测了采空区自燃危险区域,并给出工作面最小推进速度。研究结果表明,覆岩裂缝带最大发育高度可达52.3 m,为采高的11.6倍,滞后工作面发育的塌陷型裂缝是地表的主要漏风通道,随着基本顶破断周期性出现,平均间距15.8 m,当裂缝处于贯通发展阶段时,地表呈现不同程度的漏风,且单条裂缝存在多处同时漏风的现象,随着裂缝距工作面水平距离的不断增加,裂缝逐步自然愈合,受压力分布影响,地表漏风风流主要作用于采空区回风侧,在加大回风侧渗流速度的同时补充了回风侧氧浓度,使回风侧渗流影响范围向采空区深部方向移动。整体来看,进风侧氧化升温带宽度(100 m)大于回风侧宽度(37 m),工作面推进速度保持在3.1 m/d以上时采空区无自燃危险。

霍洛湾矿地裂缝发育规律及漏风防治技术研究

为解决浅埋煤层地表漏风严重可能引发的自然发火问题,在霍洛湾煤矿开展了地表裂隙发育规律及其防治技术研究。理论分析了浅埋煤层顶板破断规律及地裂缝发育的规律,确定地表漏风的主要通道为永久性地裂缝和新发育的临时性地裂缝,并提出裂缝封堵的防治技术。对地裂缝封堵后,进回风巷道风量差由46m^3/min降为12m^3/min,解决了地表漏风引发的自然发火隐患,保证矿井安全生产。