孟村煤矿401103综放面采空区煤自燃“三带”研究

为预测孟村煤矿401103综放工作面采空区内的煤炭自燃情况,在工作面进行煤自燃发火“三带”观测,现场观测并收集氧气浓度等数据,分析采空区氧气浓度的分布规律。采用Fluent模拟软件进一步分析采空区的氧气浓度,确定孟村煤矿401103综放面采空区煤自燃发火“三带”分布规律及范围。结果表明,运输巷侧工作面氧化带范围为距离工作面6.5~58m,回风侧工作面氧化带范围为距离工作面7~56m,最大氧化带宽度为51.5m,结合煤层最短自燃发火期,计算得到工作面最小安全推进速度为2.5m/d,为孟村煤矿401103综放面采空区注氮、喷洒阻化剂、灌浆管释放口的布置提供依据,为该矿工作面采空区煤自燃预测提供参考。

采空区煤自燃“三带”空间分布特性研究

为了准确地划分采空区自燃"三带"的范围,反映采空区浮煤的真实自燃状态,对阳泉5矿8403综放工作面采空区进行了平面"三带"观测和垂直"三带"观测,并利用FLUENT对采空区进行数值模拟。最终,结合现场埋管观测数据、数值模拟结果和"三带"划分指标,划分出了采空区"三带"的立体分布范围。实践表明,实测结果与数值模拟结果的吻合度较高,得出了自燃"三带"水平分布和垂直分布的合理范围。同时,采空区瓦斯浓度模拟结果表明,高抽巷能有效降低整个采空区的瓦斯浓度。

斜沟煤矿采空区煤自燃“三带”分布规律研究

基于斜沟煤矿18108综采放顶煤工作面的实际情况,利用FLAC3D软件对采空区松散度进行模拟,分析倾向、走向的垮落情况,计算得出采空区孔隙率分布规律,利用FLUENT软件模拟得出采空区气体流场分布规律,再经综合模拟分析,得到了斜沟煤矿采空区煤自燃"三带"分布规律,研究结果得到了现场验证。研究结果对于类似综采放顶煤工作面采空区自然发火防治工作具有指导意义。

易自燃综放面采空区煤自燃“三带”与防火控制技术

针对华润联盛峁底煤矿易自燃厚煤层综放开采的现实条件,采取实测氧气浓度变化、数值模拟漏风风速和氧气浓度变化3种手段,研究综放面两道一线自燃三带的分布规律,确定了13204综放面采空区"三带"范围,依据煤最短自然发火期确定工作面连续日推进速度。基于理论分析和试验研究,及时采取了封堵地面漏风通道、均压通风、工作面上下端口设置隔漏风墙、压注和喷洒MEA阻化液、适时调整控制工作面风量等综合防治采空区煤炭自燃技术措施,有效防止了采空区遗煤氧化自燃,实现了13204综放面的安全生产。

高地温矿井采空区煤自燃“三带”划分研究

为了掌握赵家寨煤矿二1煤层采空区自然发火规律,论文以赵家寨煤矿二1煤层12205工作面为研究对象,采用现场测试、理论研究和数值模拟研究相结合的研究方法,研究不同进风量情况下采煤工作面采空区的氧气浓度场,划分了采空区自然发火“三带”。研究结果表明:工作面回风侧开切眼以里0~6m为散热带,6~26m为氧化升温带,大于26m为窒息带,氧化升温带宽度为20m;随着工作面供风量的增加,采空区散热带、氧化升温带、窒息带整体向采空区深部移动,且氧化升温带的范围呈现扩大趋势。研究结果对类似郑州矿区二1煤层的矿井自然发火具有重要指导意义。

韩家湾矿综采面采空区煤自燃“三带”研究

为预防韩家湾煤矿综采工作面采空区发生煤层自燃,在214202综采工作面进行煤自燃发火“三带”观测,现场观测并收集氧气浓度等数据,分析采空区氧气浓度的分布规律。采用FLUENT模拟软件进一步分析采空区的氧气浓度,确定韩家湾煤矿214202综采面采空区煤自燃发火“三带”分布规律及范围。结果表明:进风侧工作面氧化带范围为距离工作面105~207m,回风侧工作面氧化带范围为距离工作面28~86m,最大氧化带宽度为102m,结合煤层最短自燃发火期,计算得到工作面安全推进速度为3m/d,为韩家湾煤矿214202综采面采空区注氮、注浆管释放口的布置提供依据,为该矿工作面采空区煤自燃预防提供参考价值。

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。

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。

自燃煤层超长工作面采空区三带监测及防灭火技术

以3301工作面为研究背景,针对3301工作面大采高、地温高、湿度高以及遗煤量大导致自然发火危险性强的特征,采用现场实测法对3301工作面采空区三带进行监测,并制定防灭火技术方案。经过现场实测确定进风巷一侧散热带、氧化带、窒息带范围分别0~33 m、33~81 m、81 m以外,回风巷一侧散热带、氧化带、窒息带范围分别0~21 m、21~72 m、72 m以外;提出使用“全区封堵、多源惰化”的综合灭火技术、多功能一体化防灭火系统进行防灭火。现场应用后,矿井采空区防灭火能力得以有效提升,避免采空区遗煤自燃,并给煤炭高效回采创造良好条件。

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。

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。

唐口煤矿6315工作面采空区自燃“三带”分布

为了确定唐口煤矿6315工作面采空区遗煤自燃风险范围,对自燃“三带”在不同条件下的分布范围进行分析。以综采采空区为研究对象,利用PFC颗粒流数值模拟软件和FLUENT流场数值模拟软件,建立综采采空区三维空间氧气浓度、流速数学模型,对采空区内部无法直接进行观测的内部流场、气体浓度等进行了模拟计算,得出唐口煤矿6315工作面长度在190 m左右时,工作面采空区自燃“三带”的分布规律。在进风侧,散热带为0~75 m,氧化带为75~88 m,窒息带为88 m以后;在回风侧,散热带为0~35 m,氧化带为35~89 m,窒息带为89 m以后。

浅埋厚煤层综采工作面采空区自燃“三带”划分

采空区中氧气作为助燃物质,是造成采空区遗煤自燃的主要因素,而其主要来源为采空区漏风。为了探究采空区自燃“三带”和漏风规律,检测了氧气和一氧化碳的浓度分布情况。对苏家沟煤矿4109南工作面和4109工作面自开切眼至开采到一定范围内采空区氧气、一氧化碳等5种气体浓度变化的规律进行检测观察,根据现场生产实际和地质条件,对综采工作面推进速度、采空区自燃“三带”分布范围、5种气体的浓度关系和自燃危险区域的主要参数进行了分析和计算。研究结果为苏家沟煤矿综采工作面及相似工作面采空区自燃“三带”划分研究和遗煤自燃防治工作提供了一定借鉴。

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。

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。

煤矿采空区覆岩“三带”智能识别方法

为了探明煤矿采空区覆岩破坏类型与裂隙发育情况,快速准确划分采空区覆岩弯曲带、断裂带、垮落带(简称“三带”),提出智能识别方法,为制定采空区治理方案提供依据。以山东某矿区采空区为例,采用贝叶斯在线变化点检测(Bayesian Online Changepoint Detection,BOCD)算法对钻进过程中的冲洗液漏失量和钻速数据在煤矿采空区“三带”界限处的变化及响应特征进行分析。以勘察规范中有关“三带”高度计算经验公式作为约束条件,对冲洗液漏失量和钻速数据中的候选变化点进行检测、优选,进而确定煤矿采空区“三带”界限深度。智能识别的结果与实际值吻合,其中,弯曲带下限、断裂带下限、垮落带下限的深度误差分别为+0.67、+0.31和+0.52m,弯曲带、断裂带和垮落带的高度误差分别为+0.14%、-0.63%和+2.49%。基于钻进数据的采空区覆岩“三带”智能识别方法精度满足设计需要,切实可行。该方法将钻进数据与经验公式相结合,在钻进过程中即可完成“三带”界限的划分,充分发挥数据的时效性,避免了技术人员主观判断对识别结果产生影响。相较于依靠多种方式综合确定“三带”界限的传统方法,该智能识别方法显著提高了“三带”划分的时效性和准确性。

注氮对采空区自燃“三带”影响的考察

针对注氮对采空区“三带”范围的影响问题,在皖北某一工作面分别进行了有/无注氮操作下的采空区温度和氧气浓度检测。基于氧气浓度指标,发现注氮操作对采空区“三带”划分范围影响不大,但是在采空区中存在明显的氮气影响区域,并依据氧气浓度基本确定了该区域范围。在实际工程中,可通过调整注氮参数,将氮气影响区域的氧气浓度降至窒息带氧气浓度,从而获得最佳的注氮操作参数。

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。

不连沟煤矿特厚煤层综放面采空区自燃“三带”分布规律

为有效防治采空区自燃,对不连沟煤矿特厚煤层6103综放工作面采空区自燃"三带"进行研究,建立了采空区气体渗流场模型,采用FLUENT软件对采空区氧浓度进行了数值模拟,总结采空区氧气浓度的分布规律。在此基础上,分析了散热带、氧化带的分布呈现不对称性及进风侧氧化带往采空区深部转移的原因;并结合现场实测,应用MIN-MAX优化理论对采空区自燃"三带"进行划分,得出能够抑制采空区自燃发火的最小安全推进速度,为该矿采空区防灭火工作提供了理论依据。