基于封闭耗氧实验的窒熄带氧临界体积分数研究

为更准确划分采空区自燃带与窒熄带,提出根据不同煤质的耗氧特点,用封闭耗氧实验确定采空区窒熄带临界氧气体积分数的新方法。在采空区煤自燃氧化升温热平衡条件下,分析煤自燃的耗氧速度、氧气体积分数和氧化放热的一致性特征,利用研制的煤样封闭耗氧实验装置,采集煤氧化实验过程中氧气体积分数呈衰减变化的连续检测数据,由数据变化曲线求氧气体积分数变化差商,获得煤在不同氧气体积分数下的耗氧速度,建立耗氧速度与氧气体积分数的量化关系,即γ-c(τ)图,由此确定窒熄临界氧气体积分数。分别对不同煤样做实验测定,得出长平矿3号煤层(无烟煤)窒熄带临界氧气体积分数为14.2%,九道岭矿4号煤层(烟煤)的窒熄带临界氧气体积分数为6.8%,晓南矿7号煤层烟煤的窒熄带临界氧气体积分数为8.2%。新方法按不同的煤种和煤质,依据各自不同的耗氧特性,来确定自燃带与窒熄带的划界标准,且与工程实际相符合。

煤自燃发火潜伏期不同温度下耗氧特性的研究

为了探究地层温度的升高对采空区自燃倾向性的影响,对处于自燃潜伏期的煤展开耗氧特性和CO释放特性的研究。通过对长平矿3#煤分别进行20~60℃的封闭耗氧实验,得到了自燃潜伏期不同温度下煤的氧浓度以及CO浓度随时间变化的曲线。对氧浓度变化曲线和CO浓度变化曲线进行拟合分析得到了不同温度下煤的氧气消耗和CO生成速度,同时得到了氧浓度衰减系数和CO浓度增长系数。封闭耗氧实验结果表明:从20~60℃氧气消耗速度逐渐增大并且氧浓度衰减系数呈指数增长,CO浓度增长系数也逐渐增大并且同样呈指数增长,煤的窒熄带氧浓度临界值从20~60℃逐渐由16.8%降低到12.4%。为探究不同温度下采空区煤的自燃发火危险性,将封闭耗氧实验结果的参数应用到采空区CFD数值模拟仿真中,模拟得到随着温度升高采空区窒熄带临界氧浓度位置由200 m增长到380 m。结果表明:常温下不易自燃的煤在较高的环境温度下表现出了较强的氧气消耗和CO释放能力,并且采空区自然氧化带随着温度的升高动态变宽,增大了采空区的自燃发火危险性。

切顶沿空留巷U+L型通风采场煤自燃风险判定研究

为探究切顶沿空留巷首采面U+L型通风采空区煤自燃危险性,以蒙西棋盘井煤矿东区9-1#层11101工作面为工程背景开展研究。通过封闭耗氧实验,测定得出煤样的耗氧能力弱、不同氧体积分数下煤样的耗氧速度慢、窒熄氧气体积分数(煤耗氧临界值)为15%。通过现场实测确定切顶沿空留巷和工作面的两端压差和漏风分布,现场埋管实测得到回风侧的氧分布数据,搭建了切顶沿空留巷采场相似模拟实验台,得到采场的漏风移动规律。运用CFD仿真探究了切顶沿空留巷采空区的漏风与自燃氧化分布特征,得到采空区可能具有自燃危险的3个区域分别位于开切眼附近、靠近沿空留巷的5~10 m内和工作面后方。提出在尾巷注氮和沿空留巷边界注浆堵漏防灭火措施条件下,可将U+L型通风采空区自燃模式转化为U型通风采空区自燃模式的危险性判定,得到棋盘井矿采空区自燃氧化带的最大宽度为80 m,最低安全推进速度1.2 m/d,无自燃风险,为工程防灭火做出指导。