自燃采空区注浆灭火浆液的扩散行为研究

从影响煤层自然发火的地质因素入手,分析了自燃采空区上覆岩层地质类型与煤自然发火的关系,推导了宾汉姆流体型浆液渗透注浆扩散公式,并对自燃采空区中浆液的扩散行为进行了数值模拟,结果表明:当注浆压力达到2.5 MPa时,浆液扩散范围不再增大,稳定在4.5 m左右。最后通过现场实践数据验证了模拟结果的准确性。

覆岩离层注浆采空区自燃“三带”分布规律

覆岩离层注浆技术通过压实采空区内的破碎岩体,改变了采空区的流场特性和自燃“三带”的分布情况。为了探讨屯兰矿22301综采工作面离层注浆件下采空区遗煤自燃风险范围,基于实测和数值模拟相结合的方法,对该工作面采空区内存在的自燃“三带”进行准确划分;并提出了注浆钻孔的空隙率三维数学模型,评估不同注浆钻孔位置对采空区流场的影响。结果表明:修正后的空隙率三维数学模型能更好地反映注浆后采空区的气体流场,其模拟结果与现场实测结果的残差精度提高22%;相比于未注浆情况,离层注浆后采空区受到压实作用,有效抑制采空区自然发火的危险性,并导致工作面漏风风流向上汇聚,使采空区垮落带较高位置的氧气体积分数增加;注浆钻孔的布置参数对采空区流场将产生影响,其影响关联度依次为钻孔间距、钻孔排数、钻孔影响半径。

浅埋近距离煤层群开采过程中上覆采空区自燃危险区预测研究

为揭示浅埋深近距离煤层群开采过程中地表裂隙发育对上覆采空区遗煤自燃的影响规律及影响范围,以苏家沟煤矿为研究背景,建立采空区流场流动及低温氧化的数学模型和三维几何模型。采用FLUENT模拟软件模拟了下煤层工作面推进过程中上覆采空区的氧气分布情况,得到了浅埋近距离煤层上覆采空区基于裂隙动态发育的氧气场和风流场的分布规律。依据采空区自燃危险区域判定理论,对上部煤层采空区内的自然发火危险区域进行预测。结果表明:连通地表与采空区的裂隙数量随工作面的推进而增加,上覆采空区氧化升温区域主要集中在滞后工作面0~20 m范围内,采空区深部的氧化带分布在新、老裂隙附近,在进风侧靠近地表且在回风侧靠近裂隙底端;当工作面推进120 m,即产生3条贯通型裂缝时,采空区自燃危险性最大,结合风流场云图确定上煤层底板自燃危险区距工作面水平距离为97.5 m,是煤矿开采过程中的重点防护区域。

浅埋特厚煤层采空区自燃“三带”分布规律研究

为了研究浅埋特厚煤层综放工作面采空区自燃“三带”分布规律,以中煤平朔井工三矿39204工作面为研究对象,通过现场监测、数值模拟、理论分析等多手段相结合方法,基于氧气浓度划分标准对采空区自燃“三带”分布特征和最低推进速度进行了研究。结果表明:现场监测所得采空区自燃“三带”分布范围和数值模拟试验结果相近,相对误差较小,其中进风巷散热带、自燃带和窒息带长度分别为0~31.5 m、31.5~80和80 m以上,回风巷的散热带、自燃带和窒息带长度分别为0~20.5 m、20.5~55.9 m和55.9 m以上,依据所得采空区自燃“三带”划分结果和最短自然发火期,计算确定了39204工作面每天推进长度应大于1.02 m,每月应大于30.6 m,可避免采空区遗煤发生自然现象,若推进长度小于计算值则需采取相关措施进行自然发火预防。

小甘沟煤矿综放采空区三维流场演化规律及自燃区域判定

针对放顶煤开采采空区遗煤量大的实际特点,采用现场测试和数值模拟的方式开展小甘沟煤矿11121综放工作面复杂氧化条件煤体下采空区三维流场演化规律研究及自燃危险区域判定。通过FLUENT模拟不同配风量及压注参数等条件下采空区流场演化规律。结合束管及温度动态监控系统,提出以采空区氧浓度、漏风风速和孔隙率相结合的采空区自燃危险区划分方法,精准判断采空区自燃“三带”范围,综合判定小甘沟工作面自然发火危险区域,有效提高采空区自燃危险性预测准确性。

采空区自燃“三带”变化规律研究

为防止温庄村煤矿采空区煤自燃,确定煤自燃发生的区域,利用气相色谱仪对采空区气样进行分析,确定采空区自燃"三带"的最大范围,并根据统计学原理计算出自燃"三带"的最小范围,在一定的假设条件下结合通风阻力方程推导出该矿采空区自燃"三带"范围变化的公式。结果表明:带有瓦斯排放巷及沿空留巷的采空区自燃"三带"不仅随工作面的推进不断前移,而且在其前移过程中,自燃"三带"的范围随着联络巷的接替使用产生由小变大,然后突然变小再逐渐变大的循环的、有规律的变化。

基于“O”型冒落及耗氧非均匀采空区自燃分布特征

从采空区自燃温度场计算角度,研究了基于"O"型冒落压实及耗氧非均匀性采空区自燃分布特征。建立了采空区非线性渗流-多组分气体-温度场和非均匀耗氧的数值模型,该模型考虑了矿井通风和工作面推进的动态变化;给出一种按"O"型圈压实分布来描述顶板岩层冒落的模型表达式;考虑到灌浆、灌注水、喷洒阻化剂和局部风流变化等导致采空区耗氧非均匀性,构造了阻化后耗氧非均匀0-1随机变化模型;模拟结果中表明(显示),尽管区域耗氧存在波动,阻化后的采空区整体耗氧能力在下降,表征温度有所降低,CO分布区域大大缩小,模拟结果符合现场实际情况。研究指出采空区耗氧非均匀性模型,能够解释实际采空区自燃升温的突变性和因素多变性的影响过程,成果对于工作面后方采空区遗留煤的防灭火工作起到了辅助指导作用。

采空区自燃理论模型的无因次分析与应用

预测预报是采空区自燃防治的主要措施,但采空区自然发火的影响因素众多,并且各因素之间往往相互关联,这给采空区自燃的预测带来了很大困难。选取回采工作面长度作为物理模型的基准尺寸,同时选取了基准速度、基准氧气浓度和基准温度等参考值,依据这些基准参考值定义了无因次压力、无因次氧扩散系数、傅里叶准数等无因次准则。在这些无因次准则的基础上依据量纲一致原理将采空区自燃模型转换成了无因次模型。然后逐个分析模型中的无因次准则对采空区自燃的影响,将影响自燃的主要无因次准则为组合成耗氧和放热2个无因次准则。进一步分析这2个准则的取值范围,并在它们的取值范围内取2个自燃准则的不同组合进行自燃的模拟,得到采空区的最高无因次温度,并绘制成采空区自燃判别图用以对采空区自燃进行判别。

易自燃大采高工作面采空区注二氧化碳自燃区域分布规律研究

为了防治易自燃大采高工作面自然发火,采取采空区注二氧化碳抑制遗煤氧化自燃。通过数值模拟与束管监测相结合的方法,研究了采空区注二氧化碳前后的自燃区域分布规律。数值模拟结果表明,采空区进风侧自燃带最宽,更容易发生煤自燃,注二氧化碳后自燃区域显著减小。其中,压注口距工作面20 m时,采空区中部和回风侧自燃区域分别减小68 m和65 m;距工作面40 m时,采空区进风侧、中部和回风侧自燃区域分别减小50 m、50 m和61 m;距工作面60 m时,采空区进风侧自燃区域减小82 m。模拟结果和现场观测结果一致,证明了注二氧化碳可显著减小自燃危险性区域。

Y形通风采空区自燃与有害气体排放的数值模拟

基于非均质多孔介质漏风渗流方程、多相气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了采空区瓦斯与自燃发火耦合数值模型,开发了用迎风格式有限元方法联立求解的计算机程序(简称G3)。计算以图形方式给出各量的区域分布解,从理论上描绘了Y形通风采空区的漏风流态,动态描绘了瓦斯、氧和CO的体积分数以及温度分布状态及其变化过程,并证明了Y形通风形式能避免采空区瓦斯向工作面涌出。计算中采空区按冒落非均质介质处理,考虑了瓦斯涌出对自燃的耦合作用,给出了这种耦合作用关系和解决办法。Y形通风采空区的大量漏风有助于瓦斯的排放,同时也加剧了采空区遗煤的自燃,两者存在着顾此失彼的关系。

注氮条件下采空区自燃带划分及影响区域判定

为研究注氮工艺对采空区自燃带划分的影响,根据对星村煤矿3号煤层采空区5个测点所测指标气体浓度变化规律进行分析,提出了注氮影响条件下的采空区自燃五带划分方法,即:散热带、受注氮影响产生的自燃带、窒息带、注氮结束后产生的自燃带和窒息带。研究表明:受注氮影响产生的自燃带和窒息带范围会发生转移,成为自燃易发区域;提出了基于指标气体的SPSS相关性分析判定注氮影响的采空区范围,结果表明,注氮过程中进风侧2、4号测点周围指标气体与注氮量相关性强,该区域受注氮影响较大;位于采空区进回风巷侧的1、5号测点附近,注氮影响较弱;相关性分析注氮影响区域与现场实测一致。

气溶胶灭火技术防治采空区自燃火灾的应用潜力研究

为给采空区遗煤自燃防治提供新途径,介绍了冷热气溶胶灭火技术的机理与研究进展,分析了各类气溶胶灭火技术的原理、优缺点及适用条件。结果表明:溶胶灭火具有物理吸热、隔氧及化学抑制等多重效果,气溶胶粒子扩散迅速且能够在煤表面沉积,可以有效抑制采空区遗煤氧化。为分析气溶胶灭火技术抑制煤自燃的效果,利用超声波雾化发生含Mg、Al、Zn氯化盐气溶胶与Na OH气溶胶同时流经煤颗粒表面,协同处理煤样,经过气溶胶处理,生成金属氢氧化物沉淀后,表面官能团活性受到了不同程度的抑制,其中Al和Mg气溶胶对—OH结构的抑制较为显著,Zn气溶胶对C—O结构的抑制较为明显。

连通管均压技术治理瓦斯超限及采空区煤自燃

通过对芙蓉煤矿53305和53405采煤工作面瓦斯超限和采空区煤炭自然发火的原因分析,采取隔绝和调压气室均压等综合灭火技术,有效地治理了瓦斯超限和煤炭自然发火灾害。

大黄山矿采空区自燃带区双指标划分研究

为了对大黄山矿区采空区自燃"三带"的范围进行研究,以+735工作面为工程背景,运用数值模拟软件进行了模拟,并利用氧气浓度和漏风风速双指标对自燃"三带"进行了划分;同时采用工作面现场束管监测系统所采集得到的数据与数值模拟的结果进行了实测对比分析。

急倾斜特厚煤层采空区煤自燃治理关键技术研究

针对陈兴远煤矿42-43号急倾斜特厚煤层采空区易发生煤自燃的问题,通过分析岩层移动规律发现,受采动影响形成的顶板侧裂隙漏风与采空区大量遗煤复合作用是影响采空区煤自然发火的主要因素。针对火区地表漏风严重、浮煤区域分布广且呈立体分布的特点,提出构建地表回填堵漏风,井下钻套一体化快速灭火钻孔施工、立体式灌注三相阻化泡沫泥浆快速降温防复燃的火区综合治理技术。应用这些技术有效抑制了火区的蔓延,并成功扑灭了该火区。

煤矿采空区自燃防治和应急处置能力提高的建议

为了提高煤矿采空区自燃防治和应急处置能力,以防特别重大瓦斯爆炸事故的发生,提出了应树立"不能让采空区着火"的煤矿自燃防治理念和"采空区自燃应急处置的安全性是可以大幅提高"的救灾理念,在自燃防治和救灾时,加强采空区特别是容易忽视的老采空区自燃状态的预测预警和分析,把握好实施防灭火措施和发生自燃的采空区封闭的时间节点,提前、有效地采取预防性防灭火措施和采空区惰化,发现采空区自燃状态恶化应及时撤人,并注意对采空区特别是采空区的密闭进行长期维护检修。

基于模糊聚类分析的采空区自燃“三带”性质研究

针对采空区内不同区域的煤自燃倾向性存在差异性的问题,采用基于模糊聚类分析的采空区自燃"三带"划分方法对不同测点数据进行了分类,分析了不同λ截距阵下各分类的差异性。分析结果表明:不同的λ值可以将数据划分为不同的类别;在一定范围内,随着λ值的增大,原有的类别可以被划分为更小的子类;当λ值增大时,采空区内距工作面较近区域的测点数据更容易被划分为更小的子类,而距工作面较远区域的测点数据分类较为稳定,则可判定距煤壁较远的采空区区域环境性质较为稳定,而距煤壁较近的采空区区域环境性质差异较大;运用F-统计量计算最优的λ,相应分类与采空区"三带"划分相吻合。

高抽巷层位对采空区自燃危险性影响的数值模拟分析

针对高抽巷抽采瓦斯可能诱发的采空区自燃问题,以大佛寺煤矿40108工作面构建采空区气体渗流模型,分析了不同垂距和平距下高抽巷抽采瓦斯时对采空区自燃危险性的影响。结果表明:高抽巷与煤层顶板的垂距越大,氧化升温带的宽度越大,采空区自燃危险性越高。高抽巷距回风巷平距为30m时,氧化升温带的宽度最小,采空区自燃危险性最低。依据研究结论,结合高抽巷抽采瓦斯时的层位要求,分析得出大佛寺煤矿40108工作面高抽巷最佳位置为距煤层顶板垂距30m,距回风巷平距30m处。

用砌筑防漏墙的方法防止采空区遗煤自燃

本文从理论上提出了采空区漏风通道的新概念，将其分为能自燃漏风通道、不自燃小漏风通道、不自燃大漏风通道３种。并将采空区分为“Ｕ”形漏风区、小漏风区、中漏风区与大漏风区４区。跳出了国内外学者长期沿用的三区分法，使之与采空区的实际自燃点分布更为一致。

高瓦斯矿井采空区煤炭自燃火灾的快速治理技术

分析了峻德煤矿综放工作面近距离采空区隐蔽火源的特点与治理难点,介绍了三相泡沫的组成与特点,详细阐述了应用三相泡沫成功治理综采二队综放工作面自燃火灾的过程。实践表明:通过将三相泡沫大流量短时间内注入可能发火区域,能快速捕捉到高温点并迅速降温、熄灭火源;同时,含N2三相泡沫具有惰化、抑爆作用,尤其适合煤与瓦斯共存条件下的火区治理。