浅埋深易自燃煤层沿空留巷采空区自燃三带分布特征

为厘清浅埋深、易自燃煤层沿空留巷采空区自燃“三带”分布特征,通过预埋高压胶管、高强度钢管防护测温光纤和监测束管的方式,动态监测沿空留巷采空区氧气和温度变化特征,借助数值模拟软件,判定采空区自燃“三带”分布范围。结果表明:31116沿空留巷采空区架间测点氧气浓度随工作面推进整体呈下降趋势,回风巷测点氧气浓度受隅角漏风干扰出现局部反升趋势,基于光纤测温数据,温度变化不能作为锦界煤矿沿空留巷采空区自燃“三带”划分的依据,受风流运移和局部漏风影响,31116采空区氧气浓度回风侧略高于进风侧,最终得到31116采空区进风侧氧化带范围为140.4~313.3 m,中部201.2~351.6 m,回风侧153.2~328.1 m,依据采空区遗煤量、地质特点等因素,综合判定工作面正常生产条件下最小推进速度为3.3 m/d。

亿欣煤业采空区自燃“三带”数值模拟研究

针对亿欣煤业XV2308综采工作面采用切顶成巷的开采工艺,造成采空区漏风严重的现象,通过采用数值模拟研究的方法对比分析不同通风方式下采空区自燃“三带”的分布范围及规律,并通过现场实测验证了数值分析的可靠性。得出XV2308工作面采用一进两回“Y”型通风方式下采空区散热带最大宽度25 m、氧化自燃带最大宽度106.5 m、采空区深部>131.5 m进入窒息带。

“110”工法“一进两回”采面采空区自燃“三带”研究

针对某矿“110”工法“一进两回”采面通风系统采空区可能存在的自然发火问题,采用埋设束管监测和现场实测数据,结合软件数值模拟,对采空区氧气的运移规律进行了分析,划分出了“110工法”“一进两回”采面通风系统采空区自然发火“三带”范围。结果表明该采空区氧化升温带呈现倒“靴子”形分布,需重点防范进风侧沿空留巷段自然发火的可能性。另外,确定了该工作面最小安全推进速度为1.48 m/d,可为该矿类似条件下综合防灭火措施的实施提供依据。

三软煤层沿空留巷顶板结构模型及合理支护研究

为了揭示三软煤层沿空留巷围岩变形机理,探索适用于三软煤层巷道围岩控制的新技术,通过切顶沿空留巷物理相似模拟实验,研究了不切顶普通支护、切顶高强支护和切顶普通支护3种条件下顶板岩层断裂演化过程,构建了三软煤层切顶留巷顶板结构力学模型,给出了支护阻力计算方法,在韩城矿区象山煤矿进行了现场工业性试验验证。研究表明:切顶技术切断了顶板的应力传递,巷内采用高强支护,使顶板形成稳定的“短悬臂-砌体梁”结构。现场监测结果显示,不切顶普通支护的留巷顶底板平均移近量1000~1200 mm,两帮平均移近量600~700 mm;切顶高强单体支护的留巷顶底板平均移近量200~300 mm,两帮平均移近量200~300 mm;切顶组合式支架支护的留巷顶底板平均移近量50~100 mm,两帮平均移近量100~200 mm。组合式支架高强支护能够较好地控制三软煤层沿空切顶留巷围岩变形,可实现留巷二次复用无返修。

基于COMSOL采空区自燃“三带”数值模拟研究

为深入研究梁宝寺煤矿35003工作面采空区“三带”的分布规律,根据工作面实际情况,构建采空区物理模型,设置合理的边界与初始条件,并运用COMSOL多物理场模拟软件对采空区的风流速度场、氧浓度场及压力场展开数值仿真。通过迭代比较仿真结果与实测数据,校准了仿真参变量,以确保仿真结果与实测数据相契合,进而获得最终的氧浓度场和速度场,准确界定出采空区“三带”的具体范围。同时,针对风速分别为1.04m/s,0.54m/s的条件,模拟了采空区流场的变化。研究结果表明:风流速度对采空区内不同带的宽度和分布具有显著影响,风流速度的增加会使散热带及自燃带相应拓宽,同时窒息带向远离工作面的方向扩展;反之,散热带及自燃带相应收缩,而窒息带则向工作面靠拢。通过随时调整自燃“三带”的风速等控制措施,可以有效减少自燃风险,保障生产过程的顺利进行。

柳湾煤矿31029综采面自燃“三带”测定结果与应用

柳湾煤矿31029采面煤层顶板裂隙发育,回采范围内存在不明空巷、漏风通道多,造成采空区遗煤自燃风险大。采用采空区升温率、含氧量等指标划分了31029采面采空区自燃“三带”,经过综合分析判定,最终确定了“三带”宽度,现场应用结果良好。

通风方式对沿空留巷采空区煤自燃影响规律研究

沿空留巷开采条件下采空区气体分布特征易受通风方式影响,煤自燃隐患位置难以精准掌握。针对上述问题,以甘肃某矿8521工作面为研究背景,利用Fluent软件构建了沿空留巷采空区物理模型,分析了沿空留巷采空区煤体孔隙率,对比了“W”型通风与“Y”型通风(一进两回、两进一回)方式下采空区漏风流场及氧浓度分布特征。结果表明:沿空留巷采空区煤体孔隙率整体呈“铲状”分布(即边缘高、中部低)并逐步向采空区收缩;当矿井供风量及速率一定时,沿空留巷采空区漏风速率受通风方式影响,与进风巷数量呈正相关;采空区关键漏风位置多为沿空侧风流交汇处,该位置的漏风速率受压差影响;采空区漏风流场的差异导致各通风方式下的氧浓度及氧化升温带的分布特征不同,“W”型通风方式下采空区浅部、深部气体整体均呈扇形运移,氧化升温带靠近沿空留巷且呈“√”分布,氧化升温带面积占已采区域面积的38.1%;综合对比采空区关键漏风位置、氧化升温带分布特征及防灭火难度等方面,得出“W”型通风更有利于采空区煤自燃防治。

沿空留巷工作面采用U+L型通风方式采空区注氮惰化条件下自燃“三带”分布规律研究

大兴矿南五1201工作面为12煤层的首采面,12煤层的自燃倾向性等级为Ⅰ类,属容易自燃煤层,12煤层顶板局部发育有12-1煤层,煤厚0.80m,间距一般为2.10m,回采期间工作面顶板探孔实见,12-1煤层的自燃倾向性等级为Ⅰ类,属容易自燃煤层,上述两层煤的最短自然发火期均为37天。由于开采技术受限,12-1煤层无法采出,全部留在采空区,极易出现自然发火迹象,本工作面采用沿空留巷回采技术和U+L型的通风方式,非常有必要对采空区三带进行详细测定划分,为防灭火工作提供科学依据。

基于PFC-CFD的采空区自燃“三带”预测

采空区遗煤自燃是导致煤矿火灾的主要原因之一,且多数发生于采空区自燃“三带”的氧化带中。为更准确地预测划分采空区自燃“三带”、预防矿井火灾,提出了PFC-CFD采空区流场演化模型。首先利用PFC颗粒流模拟软件模拟采空区覆岩的垮落和空隙率分布,然后使用UDF函数将PFC模拟得到的空隙率分布数据导入CFD中,通过建立采空区物理模型对采空区内的氧气流场进行模拟预测,最终得到采空区自燃“三带”范围。现场实测表明,基于PFC-CFD的采空区自燃“三带”预测结果更接近现场实际,优于单一CFD方法的预测结果,表明利用空隙率动态演化分析采空区流场变化,进而预测遗煤自燃危险区域的方法是可靠的,对预防采空区自然发火具有一定理论指导和实际应用意义。

注氮条件下大采高综放工作面采空区自燃“三带”的分布规律

为解决大采高综放工作面因采高大、回采率低、开采扰动强等造成采空区遗煤自燃危险性增大的问题,以宁夏某煤矿大采高综放工作面为研究对象,应用渗透率演变方程和气体流动模型,分析注氮前后氧浓度时空演化规律及采空区自燃“三带”分布特征。结果表明:采空区氧浓度在注氮条件下呈现出中部大,两侧小的倒“U”型分布;在氧浓度划分下,氧化带范围呈现出先增大后减小的半月形,最大宽度由未注氮时的100 m缩小到50 m;在风速划分下,氧化带较未注氮时整体向工作面方向前移了15 m左右,有效降低了自燃危险区范围。

采空区遗煤自燃“三带”及有害气体分布数值模拟

为探究采空区遗煤自燃“三带”分布及采空区内有害气体分布情况,利用“Fluent+UDF”对陕西韩家湾煤矿213109工作面采空区“三带”分布、流场特性开展数值模拟研究。采空区被认为是多孔介质,多孔介质孔隙度、多孔介质区域黏滞阻力和惯性阻力、遗煤氧化耗氧量、有害气体涌出量等参数通过用户自定义方程计算。研究结果表明:工作面及采空区遗煤可划分为散热带、氧化带、窒息带;以氧浓度0.07≤C≤0.18为氧化带指标时,从进风巷侧到回风巷侧,氧化带宽度由23 m扩大到40 m,最终在回风巷侧缩减至13 m,回风巷侧氧化带范围小于进风巷,窒息带区域最大。随着高度的增加,氧化带区域整体向进风巷入口方向移动,覆盖区域先增大后减小。

多漏风通道采空区自燃“三带”划分研究

为研究多漏风通道条件下采空区氧浓度分布规律,采用数值模拟对四种漏风情况下采空区自燃“三带”进行划分,并通过现场实测数据验证了模拟的准确性。结果表明:漏风导致氧化带向采空区深部移动,且漏风量随工作面向前推进逐渐增加,当采空区氧气浓度降低至8%时,进、回风侧到工作面距离由Ⅰ阶段的245m、140m,增大至Ⅳ阶段的420m、470m;2091工作面1、2号束管监测点与Ⅰ阶段数值模拟结果误差小于5%。该研究成果能够为类似漏风条件下采空区煤自燃的针对性防治提供理论基础及有力参考。

Y型通风工作面采空区自燃“三带”分布特性研究

为了研究Y型通风条件下采空区自燃“三带”分布,提出综合指标判定法,在采空区布置束管和温度探测头开展现场监测,分析氧气、一氧化碳、二氧化碳和温度的空间变化特征,综合划分采空区自燃“三带”范围。研究结果表明:随着采空区深度增加,氧气浓度降低,一氧化碳和二氧化碳气体浓度先增高再降低,温度存在上升趋势但并不显著。利用其变化特征划分自燃“三带”,采空区进风侧散热带范围为0~25 m,氧化带25~93 m;窒息带大于93 m;回风侧散热带为0~51 m,氧化带51~101 m,窒息带大于101 m。工作面最小推进速度为0.65 m/d。

大海则煤矿20101工作面采空区自燃“三带”分布规律及注氮参数优化

以大海则煤矿20101回采工作面为研究对象,通过束管监测采空区内的氧气浓度变化规律,对现场监测所得数据进行分析,划分出采空区自燃“三带”。同时对采空区建立数学模型和物理模型,进行自燃“三带”数值模拟,利用现场测试结果验证了模拟结果的准确性,并根据此模型进行注氮数值模拟,优化注氮参数。结果表明,进风侧距工作面0~16.01 m为散热带,16.01~94.28 m为氧化带,大于94.28 m为窒息带;回风侧距工作面距离0~5.07 m为散热带,5.07~61.82 m为氧化带,大于61.82 m为窒息带。注氮位置30 m处注氮量2880 m^(3)/h对20101综采工作面采空区的惰化效果较好,可满足工作面安全生产需要且更加具有经济效益。

贵州某矿采空区标志性气体优选及自燃“三带”划分

为解决贵州某矿采空区自然发火早期精准预测预报的难题,以该矿12501工作面采空区为研究对象,利用程序升温实验重点分析煤样在升温氧化过程中CO、CO_(2)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)等气体的变化规律,通过数值模拟及现场实测对采空区自燃“三带”进行了划分。结果表明:CO、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(2)可作为自然发火标志气体,C_(2)H_(4)/C_(2)H_(6)可作为判别煤自然发火进程的辅助指标;散热带平均宽度约18 m,氧化带平均宽度约53 m,氧化带以外为窒息带;当采煤工作面的推进速度大于0.53 m/d时,采空区无自然发火危险;当工作面连续超过114 d时,推进速度均小于0.53 m/d,采空区将有自然发火危险。研究结果为贵州某矿煤层自燃预报提供了理论依据及数据参考,对防治煤层自燃具有重要意义。

紫金煤层采空区自燃“三带”分布规律研究

本研究以紫金煤矿1203工作面为对象,以煤矿相关知识为理论指导,结合实验室实验测定的煤自燃特性参数,并现场布置温度与气体采集系统于运输巷与回风巷两侧,通过Fluent模拟方法对采空区风流速度等进行分析,划分工作面的自燃“三带”范围,同时推算出工作面的最低推进速度,为矿井安全生产提供了保障。研究结果表明:模拟结果散热带宽度约为11 m,自燃带宽度约为11~68 m,窒息带宽度大于68 m,与实测自燃“三带”基本相符。研究成果可为紫金煤层防治提供有效的科学依据,为相似煤矿的安全生产提供一定的参考。

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。

寸草塔二矿31110工作面采空区自燃“三带”及标志气体临界值研究

基于采空区煤炭自燃理论,通过现场观测、数值模拟等手段开展了自燃“三带”分布范围研究,计算了工作面的安全推进速度,基于煤样程序升温气体产物的实验数据,优选了31号煤层的自然发火标志气体,并对国能神东煤炭集团有限责任公司寸草塔二矿31110综采工作面自然发火临界值进行了计算分析。研究结果表明,31110工作面采空区自燃“三带”分布近似呈现“L”型,柔模墙支护主运巷道一侧的氧化带宽度(214 m)明显大于辅运巷道侧采空区氧化带宽度(79 m);31110工作面的安全推进速度为4.76 m/d,正常平均推进速度为11.88 m/d,可以满足安全开采的需求;优选了CO、C_(2)H_(4)和C_(2)H_(2)作为衡量31110采空区自燃不同阶段的标志气体,采空区上隅角CO气体浓度临界值为41.54×10^(-4)%,回风流中CO气体浓度临界值为4.15×10^(-4)%,并据此建立了31110工作面自然发火分级预警响应及防灭火治理技术管理体系,为31110工作面煤自燃火灾早期预测预报和防治工作提供了依据。

大佛寺矿高抽巷层位参数影响采空区自燃三带规律分析

高抽巷空间层位参数不仅影响采空区瓦斯的抽放效果,而且影响采空区漏风流场以及采空区自燃三带的分布规律。论文以矿井防灭火及采空区自燃三带识别等知识为理论依据,应用流体力学软件FLUENT分别模拟研究了高抽巷空间层位的不同垂距和平距两种参数对采空区漏风流场及采空区自燃三带分布规律的影响。模拟研究结果表明:采空区氧化升温带的宽度随高抽巷垂距参数的逐渐增大而增大,随高抽巷平距参数的变化而呈现出先减小后增大的变化趋势。通过本文的模拟研究,为合理优化高抽巷空间层位参数提供了一定的方法和手段,使高瓦斯矿井在安全高效生产过程中最大程度地兼顾防灭火和防瓦斯两方面的技术要求,从而保障矿井安全生产。

综放工作面采空区自燃“三带”分布规律的研究

庞庞塔矿为解决5-108综放工作面开采煤层厚、近邻层漏风严重、遗煤自燃情况复杂的问题,采取束管监测明确了采空区自燃“三带”的分布范围,并计算得出了工作面的最小推进速度,保障工作面安全回采,同时也为矿井地质条件相类似采空区遗煤自燃防控提供参考。