注氮孔过煤自燃“三带”过程中注氮量的动态优化研究

在工作面回采过程中,注氮孔逐渐从散热带进入氧化带,最终进入窒息带。根据注氮孔所处煤自燃“三带”位置,动态优化注氮量,可有效提高防灭火效率。通过建立的采空区注氮模型,分析了注氮位置对氧化带分布的影响,总结了注氮量动态优化规则。结果表明:注氮孔在氧化带时的注氮效果最好,散热带次之,窒息带最差。因此,当注氮孔在散热带时,要适当增加注氮量;当注氮孔进入窒息带时,要及时更换注氮孔位置。

中俄东线大口径输气管道的投产气体运移规律及注氮量优化

中俄东线天然气管道是外径1 422 mm超大口径天然气管道在国内的首次应用,投产采用氮气作隔离、后续天然气置换的方式。为了进一步明确中俄东线天然气管道在投产过程中各气体的运移规律以及确定合理的注氮量,采用计算数值模拟的方法,建立了基于外径1 422 mm管道的组分输运模型,进行了基于投产实测数据的模型可靠性验证,分析了不同管径、不同初始氮气封存管容比、不同置换速度条件下的气体运移规律,得到了理论最优注氮管容比值。研究结果表明:①天然气置换时,重力因素不可忽略,与小口径管道天然气沿着管道中心线"锥进"不同,中俄东线天然气沿着管段的顶部突进;②天然气置换速度是影响气体运移规律的主要因素,置换速度越快,纯氮气管容比值越大,最终将趋于一个极大值,投产时应适当提高天然气置换速度;③在氮气封存压力为0.02 MPa的条件下,5 m/s、7 m/s、9m/s、15 m/s、30 m/s的天然气置换速度对应的理论最优注氮管容比值分别为7.60%、5.00%、4.50%、4.00%、4.00%。结论认为,该研究成果可为大口径天然气管道的安全、经济投产提供借鉴。

采空区最小注氮量计算方法的探讨

通过提出采空区风流流动规律数学模型，应用有限差分分析原理，解算采空区内各点各组份的浓度值，由此确定出采空区注氮的最小流量值。

Y形通风系统最佳注氮量数值模拟技术研究

Y形通风会使风流流入采空区为遗煤自然发火提供条件,对采空区实施注氮来防止遗煤自燃是当前最有效方法,可过多的注氮量会引起沿空留巷的安全性问题。以62711工作面为例,对不同注氮量下的采空区进行数值模拟,找到合理注氮量,加强采空区防灭火效果,为沿空留巷的安全提供保证。

不同配风量与注氮量影响下采空区自燃“三带”分布规律研究

为掌握汾源煤业5-101首采工作面配风量和注氮量对采空区自燃“三带”的影响规律,探究合理的配风量和注氮量,结合5-101工作面实际,采用CFD数值模拟技术与Origin数据分析软件进行模拟分析。结果表明:配风量对采空区氧化带的分布规律具有显著的影响,注氮能够有效减小采空区氧化升温带的范围;工作面实际日推进度为0.6 m时,工作面理论配风量应约为600 m^3/min,注氮量为510 m^3/h。

综放面防火注氮量的合理选择

近几年来,随着综放工艺和方法在特厚复合煤层开采中的推广与应用,综放面的注氮防火也逐渐被列为主要防火措施之一。但是由于每个工作面的开采条件、地质构造、煤层条件及外围因素的不同,应如何确定出合理的注氮量成为一个比较辣手的难题,如注氮量过大,则造成浪费,还会因回风流含氧量过低,危及回风道作业人员的健康;反之。

基于CFD模拟的自燃“三带”划分与注氮量优化

以汾源煤矿5-101综放工作面为研究对象,结合现场观测与CFD模拟,得出采空区自燃“三带”的分布规律;模拟不同注氮量下采空区自燃“三带”的变化情况,得出推进速度与注氮量的函数关系。研究结果可以指导回采工作面在不同推进速度下选取最优注氮量,在保证工作面安全生产的同时合理利用资源。

基于CFD的采空区三维流场分析及注氮参数优化研究

注氮是煤矿采空区发生自然发火征兆时常用的抑制措施,因其效果显著、安全可靠等特点被广泛应用于采空区灭火实践。注氮位置选取、注氮量的多少等直接影响注氮的效果及成本;采用数值模拟及现场实测相结合的方法,对注氮防灭火参数进行优化。以试验工作面为原型建立仿真物理模型,通过现场实测数据验证模型的有效性。在开展数值模拟试验的过程中,通过研究不同注氮位置、不同注氮流量等对采空区“三带”的影响,找到最优注氮参数,并进行了现场实测验证。研究结果表明,注氮口在进风侧距离工作面50 m处、注氮流量1 000 m~3/h时,注氮效果良好且成本最低。

采空区注氮防灭火技术的优化设计及工艺改进

为降低遗煤自燃危险性,增强注氮防灭火效果,通过模拟分析不同注氮位置、注氮量下采空区氧浓度分布情况,确定最佳注氮量为1400 m^(3)/h、注氮位置为距工作面40 m处;将注氮工艺由间隔式改为非间隔式注氮工艺,并采用悬挂挡风帘、搭挡风墙措施可防止氮气的流出。改进后,采空区内CO浓度先增大后降低,且进回风巷CO浓度均小于最高CO浓度0.024‰,表明该注氮工艺能够抑制采空区煤的自燃氧化。进遗传算法优化双环管网案例和河内管网案例,与多种算法对比,证明了改进遗传算法在实际应用中的可行性。

海上大斜度热采井氮气隔热注氮排量优化研究

海上稠油热采多采用环空注氮气的隔热方式,注氮排量设计目前尚没有经济可行的优化方法。根据海上大斜度热采井的井身结构特点,利用流体力学和传热学基本原理建立了蒸汽和氮气参数的计算模型,然后通过两种流体在隔热管出口处混合后的特征分析推导出了注氮排量的优化方法,并通过实例计算对注氮排量进行了优化分析。该方法可为海上大斜度热采井现场注氮排量的调控提供理论依据,从而实现海上油田持久、高效的蒸汽吞吐热采。

“两进一回”复杂采场采空区注氮防灭火模拟

为研究偏"W"型"两进一回"通风方式下瓦斯和氧气浓度分布规律及采空区注氮防灭火技术,建立了偏"W"型通风方式下存有遗留巷道采场的三维物理模型.在将采空区孔隙度设置为非均匀连续分布的条件下,运用Fluent软件对采空区压力场、速度场及瓦斯抽采情况进行了数值模拟,并且模拟分析了不同注氮量不同注氮口位置采空区惰化效果.研究结果表明:工作面两端压差和漏风规律及采空区瓦斯和氧气浓度分布规律与现场实测结果相接近;随着瓦斯抽采强度增大,采空区最高瓦斯浓度减小,氧化带宽度在皮带巷侧有缩小趋势,在轨道巷侧有增大趋势;段王煤矿150405工作面最合适的注氮量约为1 140 m3/h,其最佳注氮位置距工作面40 m左右.

地面钻井抽采下的高瓦斯采空区注氮防灭火研究

高瓦斯易自燃煤层的瓦斯治理与防灭火是理论与技术难题.模拟研究综采工作面采空区在地面钻井抽采条件下注氮防灭火的适用性,根据某矿综采工作面的实际条件,采用Fluent软件建立并开发相应的CFD模型.针对采空区的非均性,对采空区内渗透率、遗煤与氧气发生氧化反应的范围进行重新界定,编制自定义函数;模拟不同抽采量和不同注氮形式下采空区内温度场变化.结果表明：地面钻井抽采使高温区的范围在采空区的四周增大,抽放口附近温度明显升高;工作面后20 m处注氮只能抑制或降低注氮口附近的温度,提高注氮量在一定程度上起到降温作用,但氮气利用率低;深部（工作面后100～200 m）注氮可以很好地抑制采空区温度升高,配合工作面推进速度可以达到防灭火的目的.

采空区非间隔性注氮防火效果及施工参数

为了考察采空区非间隔性注氮的防火效果及确定合理施工参数,根据质量、动量和组分守恒方程建立反映采空区气体体积分数变化的数学模型,利用FLUENT软件通过对该模型求解,对塔山矿自燃"三带"进行预测,并确定了最佳注氮位置和注氮量。研究结果表明:注氮位置应和氧化带保持一段距离,这样可以给氮气一定的预留空间充分破坏采空区内流场。在一定条件下,单纯靠提高注氮量的防火效果提升有限,需要配合其他措施实现综合防治。最后利用动网格技术比较了非间隔性注氮和传统循环注氮的注氮效果,结果显示采用传统注氮工艺由于注氮口位置在工作面推进过程中逐渐偏离设计位置导致注氮效果降低,研究结论从采空区防火的角度对非间隔性注氮的必要性进行论证。

采空区注氮参数与氧化带分布关系研究

为了采取合理的注氮方案降低采空区自燃危险性,利用FLUENT软件模拟了注氮前后采空区自燃带范围的改变情况,并分析了注氮位置和注氮量对采空区氧化带位置分布的影响,从中拟合出最佳的注氮参数。依据理论研究结果,取得了理想的现场注氮效果,研究结论可为类似采空区防火工作提供参考。

采空区注氮条件下自燃危险区域变化及注氮极值研究

采空区注氮是预防遗煤自燃的重要手段,明确不同注氮条件下采空区自燃危险区域变化以及注氮量极值,可为采空区注氮防灭火提供重要的参数指导。本文基于工作面漏风实测与数值模拟方法,构建了综放工作面采空区注氮数值模型,分析未注氮以及200~1600 m^(3)/h注氮量条件下采空区氧浓度、温度等参数变化,给出采空区自燃危险区域变化规律以及最大合理注氮量。结果表明:未注氮采空区存在40℃高温区域,进风侧氧化升温带21~130 m.当注氮200 m^(3)/h时,采空区40℃等值面消失,随着注氮量增加,采空区33℃以上高温区域不断减小,直至注氮1600 m^(3)/h时基本消失,氧化升温带最大宽度则由109 m逐步降低至11 m,注氮效果显著。以工作面回风侧氧气浓度不低于18%为基准,确定采空区最大注氮量为1220 m^(3)/h.

自燃煤层采煤工作面注氮防灭火设计

矿井各可采煤层自燃倾向性均为自燃煤层,矿井防灭火方法选用注氮防灭火系统。根据矿井具体条件,采用井下移动式制氮装置系统,选用拖管式注氮工艺。通过采煤工作面注氮量计算,确定注氮量为600m^3/h,并选择合适的注氮设备,保证了采煤工作面的安全生产,为类似条件矿井的防灭火工作提供了参考依据。

输气管道投产中氮气置换的原则及技巧

自我国第一条长距离大口径输气管道——西气东输一线投产以来,在输气管道投产工作方面已进行了大量的尝试,积累了许多宝贵经验,但还普遍存在着一些问题,如投产所需注氮量的确定还仅凭经验没有量化计算公式、在氮气置换中存在较多没有必要的操作等。结合笔者主持或参与制订国内外输气管道投产方案的实践,归纳总结了近10余年来我国输气管道投产的部分经验,介绍了在输气管道投产方案编制中的一些创新做法。包括自创了输气管道投产所需注氮量的计算公式,将输气站场的并列管道依次氮气置换方式改为同时置换方式,取消了站场放空和排污管线的氮气置换,归纳总结了氮气置换操作中的多项技巧。这些创新既有科学依据又有以往投产实际经验和数据的支持,在保证投产安全前提下极大地简化了输气管道投产期间的现场操作,输气站场氮气置换的时间也大大缩短,同时还节约了大量的氮气,具有明显的经济效益。

天然气管道氮气置换工艺参数的确定

对天然气管道氮气置换工艺参数的确定及控制方法进行了研究。根据气体状态方程及相关推导和计算,导出了注氮温度、注氮压力、注氮量、注氮施工时间以及氮气和天然气的推进速度等参数的定量计算式,并分析了这些参数的最优值。结果表明:通过预计算天然气管道氮气置换工艺参数及确定其控制方法,可以提高管道的运行效率及安全性。

输气管道氮气置换过程气体混合规律数值模拟

目前,国内输气管道投产置换时,注入氮气用量主要依据人工经验确定,存在一定的盲目性.文章以长呼天然气输送管道投产为背景,对该管道投产置换过程进行了计算机数值模拟,获得了气体置换速度对混合段长度的影响规律,即气体的置换速度在2.81～6.50 m/s范围内,混合长度随着流速的增加而增大,但混合长度的增长率随流速的增加而降低.

氮气防灭火技术在火区治理中的应用

基于对氮气防灭火技术的原理、特点和作用的分析,结合我国某矿采空区实际和发火次数较少的特点,采取单纯灭火注氮方式,制定了由制氮设备、输氮管理和注氮设施构成的氮气防灭火系统,并确定了火区注氮的有关参数。实践表明:该矿采取氮气防灭火技术以来,效果较为显著,火区面积逐步减小,火区温度也降到标准温度范围内,地表有毒有害气体大大减少,保证了矿井生产工作的安全顺利进行。