易自燃工作面“U+L”形通风系统氧化带宽度影响因素分析

为了使工作面"U+L"形通风系统能够高效应用,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对工作面"U+L"形通风系统高效应用的衡量原则及不同供风量条件下联络巷距工作面距离与采空区氧化带宽度的关系进行了研究。结果表明:随联络巷距工作面距离增加,采空区氧化带宽度先减小后增大,这一现象与传统观点恰好相反,通过理论分析给出了二者的完整关系曲线及形成原因;工作面供风量与采空区氧化带宽度近似满足指数函数关系,且风量越大这种关系越明显;当联络巷距工作面距离大于30 m时,距离越大,工作面供风量的变化对采空区氧化带宽度的影响越明显;当联络巷距工作面20 m时,风量增加对氧化带宽度变化的影响最弱。假设采空区允许的最高氧化带宽度为50 m,工作面供风量为3000 m^(3)/min及4000 m^(3)/min时,在不采取措施的条件下采空区遗煤容易发生自燃;当工作面供风量为1000m^(3)/min及2000 m^(3)/min时,联络巷的间距不能大于43 m和30 m。

华胜煤矿3203工作面采空区氧化带宽度与供风量的关系研究

采空区遗煤自燃危害严重影响矿井安全生产,为避免遗煤自燃的发生,分析了采空区自燃“三带”分布特征,研究了工作面供风情况对采空区氧化带宽度的影响。结果表明,氧化带和散热带宽度均随工作面供风量增加而变大,当供风量小于2200 m^(3)/min时,二者近似线性增长,氧化带宽度增幅高于散热带宽度增幅。

综放工作面采空区“三带”划分的计算机模拟

通过建立采空区滤流场数学模型,并以实例用计算机模拟采空区的流场分布,应用极限风速法对采空区“三带”划分进行了研究,用C语言绘图程序绘制了三带分布图,对影响采空区“三带”中氧化带宽度的因素进行了分析。

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。

注氮防治综放遗煤自燃的三维模拟及应用研究

基于综放遗煤自燃防治对煤矿安全生产的重要性，利用Fluent软件对注氮防治综放遗煤自燃进行了三维数值模拟研究。以九道岭矿E1S6综放面为例，对其采空区遗煤自燃规律进行了三维数值模拟研究，依据研究结果对注氮防治措施的相关参数进行了确定。最后依据模拟分析结果，对所确定的注氮防治措施进行了实际应用，并取得了成功。结果表明：采空区注氮量与氧化带宽度成负指数函数关系，与影响高度成正比关系；采空区注氮量在30~35 m 3 /min时能够满足E1S6综放面遗煤自燃防治的要求。

高位巷瓦斯抽采下采空区自燃危险性数值分析及应用

针对大流量高位巷瓦斯抽采可能诱发采空区自燃问题,以南山矿18层5分段综放面为研究背景,构建采空区气体渗流分析模型。利用变渗透系数和Forchheimer方程,求解非线性流与层流并存下采空区三维氧气分布。结果表明:高位巷瓦斯抽采使工作面氧气更易沿漏风方向采空区纵深发展,氧化带总体宽度会随抽放流量的提高而增加。在进风侧氧气分布后移程度较小,而回风侧受抽放负压显著影响,出现明显氧气富集区。上下隅角封堵配合注氮,会降低抽放对氧气渗入的诱导影响。依据研究结论,利用综合防火措施消除了高位巷附近潜在的自燃危险。

高位钻孔抽放对采空区瓦斯与火灾防治效果分析

为了研究采空区瓦斯与火灾复合灾害共存的情况下,瓦斯抽放对采空区煤自然发火的影响,利用Fluent数值模拟软件,研究高位钻孔抽采方式时采空区瓦斯浓度分布规律,漏风流场及采空区氧化带宽度变化情况。得出高位钻孔抽采时,采空区底板附近漏风流场影响较小,自燃带宽度变化较小,能减少瓦斯与火灾复合灾害的发生,从而为工作面的安全高效回采提供了有效保障。

高瓦斯综放采空区瓦斯与火协同防治平衡点研究

为了解决高瓦斯综放采空区瓦斯与火协同防治问题,采用数值模拟的方法,构建采空区上隅角埋管抽采与注氮防灭火条件下的物理模型,引入可以均衡二者矛盾的“平衡点”概念,选取配风量、瓦斯抽采量和注氮量为试验因素,以氧化带最大宽度为试验指标,基于Design Expert软件中的Box-Behnken响应曲面设计,建立3因素3水平试验方案,通过现场观测和FLUENT数值模拟综合确定试验指标的不同取值,建立响应曲面模型,优化得到最佳工艺参数。研究结果表明:模型的P值为0.009 5,二次回归模型显著,失拟项为0.050 1,不显著,回归模型准确可靠;一次项对氧化带最大宽度的影响程度排序为配风量>瓦斯抽采量>注氮量,且2个影响因素之间无交互作用。利用该模型计算出亭南煤矿206综放工作面瓦斯与火协同防治的“平衡点”,即配风量为1 168.10 m 3/min、瓦斯抽采量为162.94 m 3/min、注氮量为800.01 m 3/h。模拟结果与现场实测结果基本一致,可以指导类似条件下的矿井实践。

基于COMSOL动态模型的采空区连续注氮模拟研究

为明确煤矿采空区动态连续注氮的可行性及优点,以瑞安公司014N1-1综放工作面为例,使用COMSOL模拟软件建立采空区动态连续注氮模型,开展数值模拟研究,分析了采空区N2动态分布、最高温度变化规律,以及采空区氧化带宽度、工作面和采空区瓦斯及CO体积分数动态变化规律等。在动态注氮口距切顶线20 m、注氮量为360 m^3/h条件下,可以提高高浓度N2的连续分布效果,能显著降低采空区温度增长率、温度、氧化带宽度,还可有效降低采空区及工作面的瓦斯、CO体积分数。动态连续注氮不但能在小注氮量条件下有效防治煤炭自燃,还能治理工作面瓦斯及CO体积分数超限。

寸草塔二矿注氮防灭火数值模拟研究

为明确不同注氮条件对遗煤自燃的影响,利用矿井束管监测系统测得某工作面采空区“三带”范围,并采用Fluent模拟软件,建立该工作面采空区不同注氮条件下的自燃“三带”迁移模型,以确定最佳注氮位置、注氮温度、注氮流量,并在寸草塔二矿开展现场试验,验证该模型的科学性和有效性。结果表明:注氮出口位置距工作面30 m时,回风侧氧化带宽度最小值为25 m,注氮效果最佳;氧化带宽度随注氮流量的增加呈减小趋势,当注氮流量达到900 m3/h,对采空区氧化带范围整体控制效果较好;注氮气体温度越低,覆盖氧化带范围越广,且对采空区有一定降温效果;在该工作面开展注氮防灭火现场应用过程中,采空区氧化带最大宽度由40.4 m降低至15.2 m,氧化带最大宽度降低61.4%,防灭火效果显著。

易自燃煤层高抽巷瓦斯合理抽采流量研究

针对具有自然发火危险性的煤层进行瓦斯抽放治理时,存在瓦斯抽放与煤体自燃控制相矛盾的难题。以晋能控股煤业集团某矿5204工作面为工程地质背景,通过数值模拟其高抽巷抽采流量为120 m^(3)/min、180 m^(3)/min、240 m^(3)/min和300 m^(3)/min的4种不同情况下,采掘空间内的瓦斯浓度和采空区氧化带宽度变化规律,在此基础上综合确定了高抽巷的抽采流量为180 m^(3)/min.现场工业性应用期间所监测到的采空区内氧化带的最大宽度平均值为69 m,同时回风平巷侧和上隅角的瓦斯浓度分别保持在0.13%~0.31%和0.22%~0.60%.