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。

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。

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。

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。

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。

伯方煤矿采空区“三带”分布特征及在高位长钻孔抽采中的应用

为提高伯方煤矿3305工作面采空区瓦斯抽采效果,通过数值模拟分析了工作面不同推进距离时覆岩垮落与裂隙演化规律,进而确定了3305工作面采空区“三带”高度;最后分析定向高位长钻孔布置层位选择,并在3305工作面开展了定向高位长钻孔抽采效果考察。结果表明,3305工作面上覆岩层垮落带的最大高度为17.5 m,而裂隙带的最大高度则为56 m。定向高位长钻孔的瓦斯抽采量在2.06~11.09 m^(3)/min,瓦斯抽采浓度保持在一个较高水平,平均浓度达到44%,表明定向高位长钻孔终孔位置位于裂隙带的中下部能够高效的抽采采空区瓦斯。

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。

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。

岩块尺度对采空区煤自燃区域的影响研究

为探究综放采空区岩块尺度对煤自然发火的影响,采用Fluent软件数值模拟不同直径岩块条件下采空区的煤自燃规律,分析采空区氧浓度场和风速场,分别以氧气体积分数和风速为指标,确定采空区氧化带面积并以二场叠加场作为采空区煤自燃危险区划分标准,研究煤自燃危险区域与岩块直径的关系。研究结果表明:当岩块直径由0增加到10 m时,以氧气体积分数为指标,氧化带宽度变小,面积由5563.84 m^(2)减至2602.69 m^(2);以风速为指标,氧化带面积由3376.60 m^(2)减至1262.95 m^(2);将2种指标确定的氧化带进行叠加得到煤自燃危险区,随着岩块直径的增加,其面积由1854.04 m^(2)减至552.91 m^(2),煤自燃危险区最大宽度由20.40 m缩减至9.06 m。研究结果可为采空区煤自燃发火区域的确定提供参考。

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。

深部邻近采空区多漏风条件下自燃“三带”分布规律研究

为探究深部邻近采空区多漏风通道对煤自燃“三带”的影响,以唐山矿0291工作面为工程背景,采用FLUENT软件模拟多漏风环境采空区内氧气浓度的分布规律,并依此划分不同漏风条件下采空区自燃危险区域;在工程现场设置束管监测装置监测采空区内氧气浓度,依据监测数据对模拟结果进行现场验证。模拟结果表明:随工作面推进,采空区上下隅角相邻区域形成多漏风通道且漏风量增加,漏风导致采空区散热带和氧化带向深部运移,其进、回风巷氧气浓度大于8%的范围由64、40m增至101、80.2m。现场验证表明:束管监测工作面采空区氧化带宽度与数值模拟结果误差小于5%,模拟结果得以验证。

采空区顶板“三带”研究在煤矿安全生产中的作用探析

开展采空区顶板“三带”研究可为煤矿安全开采设计及防控灾害风险提供重要的技术支撑和依据,对煤矿安全生产具有重要的现实作用和意义。结合工作实践,以开展“三带”研究工作的必要性为目的,探讨了“三带”研究的主要内容及相关技术方法。分析了“三带”研究在煤矿安全生产中的重要作用,认为“三带”研究的作用主要体现在高位瓦斯抽采关键层位优选、预防顶板水害防隔水煤(岩)柱确定、顶板控制及地质预测预报等方面提供基础技术参数和依据,并提出了“三带”研究注意事项及改进建议,为深入“三带”研究提供了一定参考。

基于变分模态分解的采空区“三带”微震信号能量衰减规律

为探明微震信号能量在采空区“三带”结构中的衰减规律,拟开展采空区覆岩相似模型试验,采集人工激发微震波经由采空区结构传播的微震信号,通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)处理微震信号,获取各频率下模态分量。针对采空区微震信号在VMD下各模态分量中心频率与能量之间的关系展开分析。根据中心频率法确定微震信号最佳模态数量,并计算微震信号欠分解状态、最佳分解状态、过分解状态下各分量能量;对各震源下信号最佳分解状态时各模态分量能量与中心频率分布关系进行拟合,分析在“三带”结构中,微震信号不同传播状态下各结构层对信号能量影响作用。研究结果表明:(1)在VMD过程中,人工激发震动信号有效模态数量在6~11范围内,微震信号能量随模态数量变化明显。(2)采用幂函数可实现对微震信号模态能量与频率关系的拟合,且拟合状态良好(决定系数大于0.9),其中低频模态分量包含能量占信号总能量近50%;采用高斯函数可以拟合震源各分量能量在频域上的分布表现,拟合状态较好,且表现出高斯单峰特征。(3)微震信号穿越采空区“三带”结构,微震信号能量随震源位置与传感器距离增加而减小,同时信号能量随震源位置到达传感器穿越岩层数量增加而减小,信号能量在经由垮落带时,能量变化明显,相较于裂隙带和弯曲下沉带,垮落带对信号能量衰减作用明显。

倾斜煤层采空区自燃“三带”划分及防灭火措施

山西金晖瑞隆煤业有限公司主采的8+10号煤层具有自然发火危险性,为准确确定8115工作面自燃带位置,以便为采取防灭火措施提供靶位,以氧气体积分数作为划分指标,采用束管抽气法进行采空区自燃“三带”现场测定。构建采空区数值模型,采用FLUENT软件进行解算,得出采空区氧气体积分数分布规律。基于此,对自燃“三带”进行划分,确定自燃带宽度,并提出防灭火对策。结果表明:8115工作面采空区散热带为0~51.2 m;自燃带为51.2~86.2 m;窒息带为86.2 m以里。建议采用埋管注氮或架间插管汽雾阻化防灭火措施,对采空区自燃带进行全方位防灭火控制。

柴里煤矿综采工作面采空区遗煤自燃“三带”分布规律研究

以柴里煤矿3606综采工作面为研究背景,利用束管监测系统对采空区气体进行实时监测与分析,确定了3606综采作业面采空区二维平面氧化带范围;根据工作现场的实际情况构建等比例物理模型,并通过CFD算法对采空区氧气体积分数分布情况进行了数值模拟,得出了3606综采工作面采空区三维空间自燃“三带”的分布规律:进风巷侧氧化带范围为采空区深度26~52 m,采空区中部氧化带范围为采空区深度17~30 m,回风巷侧氧化带范围为采空区深度18~44 m。研究结果为采空区自然发火防治工作提供了技术支持。

多夹层顶板综放工作面采空区自燃“三带”划分

采空区遗煤自燃属于煤矿重要灾害。为探究其自燃“三带”分布规律,以高家窑煤矿5203综放工作面为研究对象,采用实验室测定煤相关自然发火特性参数,现场布置运输巷与回风巷两侧的温度与气体采集系统,Fluent模拟采空区风流速度等方法,对5203综放工作面“三带”进行了划分。结果表明:以温度为划分标准的“三带”范围与氧气浓度划分的范围相近,以氧气浓度划分的散热带宽度为17.0~21.2 m,自燃带宽度为66.7~74.6 m,窒息带宽度大于83.7~95.8 m。Fluent模拟的散热带宽度为18~22 m,自燃带宽度为64~73 m,模拟结果与实测自燃“三带”范围相近。并结合5#煤层最短自然发火期计算出工作面最低推进速度,研究结果可为矿井安全生产提供保障。

瑞隆煤矿采煤工作面采空区自燃“三带”测定

现场对山西金晖瑞隆煤矿8115采煤工作面采空区自燃“三带”进行了测定,以O_(2)浓度作为指标,采用埋管取样测定的方法对该采煤工作面进行了自燃“三带”的划分。根据测定结果,推算了工作面极限推进速度。测定结果表明:8115采煤工作面散热带为0~51.2 m、自燃带为51.2~86.2 m、窒息带为86.2 m以里。8115工作面推进速度大于8.7 m/月时,采空区将不会有自然发火危险。