基于地质雷达探测的遗煤空区位置研究

针对于历史遗留问题造成的遗煤区空区位置难以确定的问题,以下沟煤矿ZF204工作面为背景,采用地质雷达探测、钻探、钻孔窥视相结合的方法,确定了遗煤空区及裂隙发育区、含水区的位置。地质雷达探测结果表明:巷道左帮0~10 m、迎头0~7 m、右帮0~15 m范围电磁波波形结构规则无杂乱现象,介质结构完整性较好,无明显的松散及富水异常,为稳定煤层区域;巷道左帮10~16 m范围处线扫描图颜色发生巨变,振幅呈现大量黑色区域,反射波形异常震荡信号明显,此区域为破碎或空洞区域,宽度范围约为4~6 m;巷道迎头7~17 m,右帮15~47 m范围扫描图颜色发生变化,但只是零星分布,且振幅图零星分布黑色区域,推测此处为裂隙发育含水区域;巷道左帮16~36 m、迎头16~37 m、右帮47~62 m范围电磁波波形规则无杂乱现象,为稳定煤层区域;通过在巷道迎头打钻孔及进行钻孔窥视,巷道左帮存在10 m开始有采空区,巷道右帮和巷道前方主要存在裂隙及裂隙含水区,基本验证了地质雷达探测结果的准确性。

烟气对采空区遗煤自燃特性抑制作用研究

为研究烟气对采空区遗煤自燃的抑制作用,通过分析烟气中各组分对国家能源集团国神公司三道沟煤矿采空区遗煤在低温氧化过程中的气体释放特性及对煤炭的吸附量和竞争吸附选择性等特性参数的影响规律,探究了低温氧化过程中烟气组分抑制煤自燃特性的竞争吸附与稀释作用,揭示了烟气对煤自燃特性的抑制作用机制。结果表明,烟气可以通过关键组分CO_(2)的竞争吸附作用优先占据吸附位点,同时通过烟气的稀释作用降低环境中的O_(2)浓度,进而减少煤氧接触,抑制煤氧复合反应,减缓遗煤低温氧化进程。利用数值模拟采空区不同注入条件下氧化带的变化规律,注气后氧化带宽度变小,且向工作面推移,最终确定最佳注气位置为进风侧距工作面156m处,最佳注气流量为1 205m^(3)/h。

浅埋煤层采空区遗煤自燃发火防治技术

本文以5-20105综采工作面采空区遗煤自燃发火防治为工程背景,针对回采煤层自燃发火周期短(45d)、煤层埋深浅、邻近小煤窑越界开采等问题,提出以减少漏风、强化监测以及破坏遗煤自燃发火条件为核心的防灭火技术,并探讨工程应用。

自燃煤层沿空留巷采空区遗煤自燃规律及防控技术研究

针对沿空留巷情况下采空区遗煤易自燃、发火等问题,以平煤二矿为研究背景,根据沿空留巷采空区特征及工作面通风方式特点,建立采空区自然发火数学模型。对未留巷、留巷未采取防漏风措施及留巷采取措施等情况下采空区自然发火特征进行数值模拟,并在现场进行了工业性试验。研究结果表明:采用沿空留巷技术后增加了采空区漏风量,氧气浓度面积增加,致使采空区内温度升高;依据沿空留巷下采空区自然发火模拟分析,认为在沿空巷道采取漏风措施可降低采空区遗煤自然发火危险性;建立沿空留巷分级防控防灭火技术体系,并在现场进行了应用。为类似条件下沿空留巷采空区遗煤自燃防治提供参考。

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。

采空区遗煤氧化蓄热的“热-化”耦合过程数值模拟研究

采空区遗煤在满足某些条件的情况下会发生氧化蓄热升温,以煤氧化蓄热过程中的化学反应场和传热场为研究对象,提出了化学反应场与传热场耦合模型,建立了控制方程并借助数值模拟软件对双因素耦合过程进行了模拟;通过参数扫略(储热系数η=10%、20%、50%、100%),揭示了采空区不同散热条件下遗煤氧化蓄热过程中化学反应速率、煤温随时间的变化特性以及化学反应速率与煤温之间的变化特性。结果表明:耗氧率呈负指数形式变化,煤温依次经历缓慢升温、快速升温等阶段,模拟结果与之前相关学者的研究结果相吻合;化学反应场和传热场在煤氧化蓄热过程中呈现出正向协同作用。

采空区遗煤氧化标志性伴生气体对瓦斯爆炸的影响

为了研究采空区遗煤氧化过程中标志性伴生气体对瓦斯爆炸的影响,通过对煤样进行试验测定,确定遗煤升温不同阶段的标志性伴生气体。基于动力学模型CHEMKIN中Senkin的GRI 3.0甲烷燃烧反应机理,在定容条件下设定加速、激烈氧化2个阶段瓦斯与标志性伴生气体体积分数,模拟计算瓦斯爆炸温度、压力、中间产物及关键反应步敏感性系数。结果表明:随着标志性伴生气体体积分数的增加,在加速氧化阶段,爆炸时间提前了约0.003 0 s,爆炸压力及温度分别升高了约0.012 MPa和30 K;在激烈氧化阶段,爆炸时间提前了约0.000 2 s,爆炸压力升高了约0.007 MPa,两阶段自由基OH体积分数均逐渐降低,促进甲烷生成的关键反应步敏感性系数降低幅度均较大,即促进了瓦斯爆炸。

移动坐标下采空区流场及遗煤瓦斯浓度场分布

为揭示"U"型通风方式下采空区流场及遗煤瓦斯体积浓度场分布规律,采用数值模拟与现场实测对比验证的方法进行研究,利用UDF接口将工作面推进过程添加到CFD计算模型中,建立基于移动坐标下的采空区遗煤瓦斯渗流计算模型,将数值模拟结果与平顶山煤业(集团)公司十矿"U"型通风下20130综采工作面瓦斯涌出实测结果进行对比分析.研究结果表明:工作面推进速度越快、工作面进风巷风速越小,采空区瓦斯体积浓度和回风巷瓦斯体积浓度越高,数值模拟结果与现场实测结果相一致,验证了数值模拟结果能够真实反映实际现场情况.

基于分形理论的采空区遗煤孔隙率研究

自燃是煤矿的主要灾害,采空区自燃直接影响到回采工作面的生产,甚至能够造成严重的恶性事故。遗煤的存在是造成采空区自燃的根源,采空区内遗煤属于颗粒堆积型多孔介质范畴。由于遗煤颗粒形状相似但粒径大小差别巨大,具有分形特征。基于分形理论建立了采空区遗煤的粒径质量分布分形维数模型,并从实际的采空区内取煤样进行筛分对粒径分布特征进行了分析,通过分析计算得出六合煤矿和阜生煤矿的分形维数分别为2.2596和2.0554。分析影响煤自燃的孔隙主要是外部孔隙,对筛分出来的不同粒径的煤进行了外部孔隙率的测定,结合粒径分布的分形维数,对采空区遗煤的孔隙率进行了分析。通过研究粒径分布分形维数来分析采空区内的孔隙率分布,为采空区内孔隙率的研究提供了一个新思路。

综放工作面配风量对采空区遗煤瓦斯涌出的影响研究

为了得到综放工作面配风量与通风方式这两个通风关键因素对采空区遗煤瓦斯涌出的影响规律,以郑煤集团新郑煤电有限责任公司11208综放工作面为研究对象,建立了综放工作面采空区遗煤瓦斯运移CFD稳态计算模型,在验证了计算模型计算结果正确性的基础上,利用该模型对U型、U+I型、偏Y型、并列双U型四种通风方式下工作面配风量对上隅角瓦斯浓度、回风巷瓦斯浓度、风排瓦斯巷瓦斯浓度、总风排瓦斯量的差异性进行了定量化分析,研究结果表明,U+I型、偏Y型与并列双U型通风方式有利于控制上隅角瓦斯浓度,但采空区风排瓦斯巷存在瓦斯超限隐患,研究结果对综放工作面通过配风量控制采空区遗煤瓦斯涌出措施具有重大的参考价值。

基于多孔介质理论建立采空区遗煤自燃模型

采空区作为煤炭发生自燃的主要场所,遗煤自燃一直是研究的重点,而煤炭的自燃过程与多孔介质的传热传质机理相类似。为了更好地说明采空区遗煤的自燃过程,本文通过研究多孔介质模型的特征参数及其传热传质理论,建立了采空区遗煤的多孔介质模型以及采空区遗煤自燃过程中的质量、热量、动量传递方程,进一步解释了采空区遗煤的自燃过程,为采空区遗煤的自燃防治提供了理论支持。

超千米深井沿空留巷综采工作面采空区自然发火原因分析及高温点治理实践

针对双合煤矿3_(下)103沿空留巷综采工作面采空区自燃的事实,分析了采空区高温点产生的原因,采取了控制工作面风量、封堵漏风通道、开放式灌注复合发泡剂、封闭式灌注CO_(2)等综合防灭火措施,防灭火效果良好,保证了矿井安全生产。

小煤矿采空区遗煤复采技术研究

为了回收整合前小煤矿采空区遗留的煤炭资源,统计估算了娄烦矿区整合煤矿遗留煤量,分析了整合煤矿存在的采空区及小窑破坏区的各种遗煤形式,并针对大巷及巷柱式采煤空巷、"穿糖葫芦"式采煤法造成的采空区、长壁采煤法造成的采空区等遗煤形式分别采用与其相适应的复采技术,结果表明对娄烦矿区整合煤矿采空区遗煤复采不但技术可行,而且经济效益显著。

基于数据重构增强的采空区遗煤自燃预测模型

目前采空区遗煤自燃预测模型的外推泛化能力不强,主要原因是模型训练数据集数量较少以及监测过程和方法等造成的数据分布特征不明显;采用WGAN-GP模型生成虚拟样本,对实测数据集特征分布进行重构增强;通过参数相关性计算,生成虚拟数据集各参数间相关性系数变化均未超过15%;采用1倍实测数据集数量的扩容虚拟样本,进行模型的学习训练。结果表明:各模型的预测性能均有提高,其中R~2指标GA-BPNN模型提高12%,GA-SVM模型提高4%,RF模型提高3%;MAE指标均降低,GA-BPNN模型降低0.67℃,GA-SVM模型降低了0.54℃,RF模型降低0.33℃;RMSE指标均降低,GA-BPNN模型降低0.41℃,GA-SVM模型降低0.46℃,RF模型降低0.39℃;增强扩容的数据集对3种预测模型的性能都有提高,其中GABPNN模型预测性能提高幅度最大。

工作面推进度对采空区遗煤瓦斯涌出的影响研究

运用UDF程序接口将工作面推进过程、采空区孔隙率与渗透率“O”形圈分布函数、采空区遗煤瓦斯放散速率公式添加到FLUENT流体计算模型中,建立了移动坐标下采空区遗煤瓦斯渗流计算模型及回采巷道内瓦斯弥散运移计算模型,在此基础上对U型、U+I型、偏Y型与并列双U型4种通风方式下的风流场及瓦斯浓度场进行了模拟计算,研究了4种通风方式下工作面推进速度对采空区瓦斯遗煤涌出的影响,定量对比了4种通风方式下采场巷道和采空区的瓦斯浓度场分布、上隅角瓦斯浓度、回风巷瓦斯浓度、采空区排瓦斯巷道瓦斯浓度、采空区总风排瓦斯量的差异性,研究结果论证了U+I型、偏Y型与并列双U型通风方式有利于控制上隅角瓦斯浓度,研究结果对工作面回采过程中采空区瓦斯涌出预测具有重要的参考价值。

中厚煤层综采工作面采空区自燃“三带”研究

针对自燃煤层工作面采空区遗煤自燃风险范围难以确定的问题,以高家梁煤矿40103工作面为工程地质背景,采用FLUENT数值模拟软件和现场实测的综合手段,对其采空区遗煤自燃“三带”分布规律进行研究分析。结果表明:数值模拟和现场实测结果差异性不大,试验工作面回风顺槽侧氧化带为19~131 m,运输顺槽侧氧化带为100~163 m;φ(O_(2))与采空区深度成反比关系,φ(CO_(2))、φ(CH_(4))、φ(C_(2)H6_())与采空区深度成正比关系,而φ(CO)随采空区深度增加先变大后变小;不进行采空区防灭火措施时工作面最小推进速度为4.65 m/d。同时为高家梁煤矿其他盘区工作面防灭火防治具有重要的参考价值。

液态CO_(2)在综采面采空区防灭火中的应用

针对山西某矿50203综采工作面采空区遗煤自燃发火问题,结合现场条件提出将液态CO_(2)应用到采空区防灭火中。为确保施工安全,在通过临近的50204运输顺槽向50203采空区施工钻孔,钻孔终孔位于煤层顶板破碎带内,以便提高液态CO_(2)扩散效果,并具体对钻孔布置方案、液态CO_(2)灌注方法等进行阐述。现场应用后,50203采空区内CO浓度、O_(2)浓度分别降至0.0013%、3%以内,回风隅角及采面各支架后方CO浓度降至0.0002%以内,采空区内温度恢复正常,为后续煤炭回采创造了良好条件。

超长综采工作面设备回撤期间采空区遗煤自燃防控技术研究

受到工作面斜长长、地质构造复杂以及采空区内遗煤量大等不利因素影响,9605综采工作面停采设备回撤期间采空区内遗煤自燃风险较高。为此,使用人工监测、束管系统等对采空区内气体成分进行分析,并通过采空区封堵、灌注液态二氧化碳以及MEA防火剂措施降低采空区内氧气浓度、温度以及遗煤自燃危险性。现场应用后,综采设备回撤期间回风流中未监测到有CO等自燃发火标志性气体,同时采空区内温度、自燃发火标志性气体等始终保持稳定,现场取得较好的采空区遗煤自燃防控效果。研究成果可为其他矿井综采工作面设备回撤期间防灭火工作开展提供经验借鉴。

采空区遗煤自然发火特征分析及防治对策研究

以任楼煤矿中五采区复杂采动条件下煤层自然发火环境为边界条件,分析了正在回采工作面后方受下区段巷道掘进影响下的采空区遗煤自然发火特征。通过模拟采取不同防火措施条件下的自燃危险区分布,对比分析提出切实可行的采空区遗煤自然发火防治对策,消除煤炭自燃威胁。

采空区煤自燃阶段特性与瓦斯爆炸的动力学关系研究

为探究采空区遗煤自燃阶段特性与瓦斯爆炸的动力学关系,针对采空区遗煤自然发火三个阶段的不同特点,以定容反应器为模型,采用数值计算软件CHEMKIN模拟了自然发火不同阶段不同工况下,瓦斯爆炸前后关键反应基元步及爆炸时间的变化。计算结果对比分析表明:缓慢氧化阶段对瓦斯爆炸表现为抑制作用;加速氧化阶段对瓦斯爆炸表现较为复杂;激烈氧化阶段对瓦斯爆炸表现为促进作用。同时,数值计算结果与实验室测试结果基本一致。