RESEARCH ON RISK OF SPONTANEOUS COMBUSTION IN MINING AREA OF FULLY-MECHANIZED WORKING FACE WITH TOP-COAL DRAWING

Air leakage velocity in intake goaf and distribution of air leakage in mining area are determined by Instantaneous and steady liberation of tracer gas SF6. Gas concentration and temperature in gob are measured and three oxidation areas in goaf are determined. According to oxidation experiment of coal and in-site measurements, the gases of carbon monoxide and dioxide can be produced laraely by coal and oxygen combination at ambient temperature and the temperature of coai and rock In goaf con rise 10℃ due to heat produced by coai and oxygen combination.There is a great risk of spontaneous combustion in neighboring oId gob because of air leakage for pillar mining.

矿井火灾智能监测预警技术近20年研究进展及展望

为加强矿井火灾智能监测预警系统建设,提出了矿井火灾智能监测预警技术研究思路,从矿井火灾智能感知技术及装备、预测技术及模型、智能预警系统及平台3方面综述了矿井火灾智能监测预警技术研究进展。首先,总结了内外因火灾信息监测技术及装备,归纳了基于图像视频识别的识别流程,阐述了多源信息融合在火灾监测过程中的应用情况。其次,介绍了矿井火灾的预测技术及模型,包括支持向量机、人工神经网络、随机森林算法等机器学习算法。然后,阐述了矿井火灾预警系统及平台:在总结矿井煤自燃和外因火灾分级预警技术的基础上,介绍了矿井火灾预警系统平台的感知层、网络层、服务融合层以及应用层方面的进展内容;归纳了预警系统各层的内涵及应用框架;搭建了矿井火灾智能监测预警系统。最后,展望了我国矿井火灾智能监测预警技术的未来发展趋势,具体包括:在矿井火灾信息智能感知技术方面,提出加强传感技术及装备研发;在矿井火灾智能预测技术方面,提出加强隐蔽火源的位置探寻方法研究,构建火灾灾害透明化模型;在矿井火灾智能预警系统建设方面,提出将大数据融入智能判识,查明矿井火灾风险源及隐蔽火源位置的预报,实现特殊条件下煤自燃的预警。在矿井火灾智能判识与防控技术联动方面,提出利用大型语言模型在智能判识的基础上实现对矿井火灾的自适应防控。

采空区煤自燃高温点识别与探测技术研究与展望

我国因采煤活动造成的采空区总量大、范围广,针对采空区煤自燃高温点的有效识别与探测是煤矿安全生产的重要保障。从采空区煤自燃发生过程、高温点的形成运移特点概述了采空区高温点的生成演化特性,为采空区煤自燃高温点的有效识别与探测提供基础理论支撑。围绕地下直探技术、地表及空天探测技术的基本原理、研究进展以及现场实际应用效果,从可靠性、稳定性等方面进行多元比较,剖析现有煤自燃高温点识别探测技术的适用性。针对探测中存在的实际难点,拓展分析了矿井声波温度信息探测、基于量子技术的热源探测、毫米雷达波探测技术等新兴技术的研究现状和应用潜力,进一步推动采空区隐蔽火源精细化探测技术发展创新。通过对现有技术的综合性研判及新兴技术的前瞻性思考,展望了煤自燃隐蔽火源探测技术的未来发展趋势,结合当前物探技术和多元信息融合理论的发展趋势,提出了采空区高温点动态运移智能可视化系统构想,从“空-天-地-孔”的综合化分时分区多维探测模式应用、“特征获取-场景仿真规划-动态决策”逐级时空演化数字孪生模型两方面阐述了矿井开采全生命周期平台建设的现实意义。通过该构想的逐步实施,为实现采空区隐蔽火源的高效识别预测和矿井智能化建设提供新的决策思路。

火成岩侵蚀对煤自燃特性及其结构的影响

为探究火成岩侵蚀对煤自燃特性及结构的影响规律,以陕西、辽宁区域两煤矿同工作面原生煤及火成岩侵蚀煤为研究对象,采用程序升温试验、红外光谱分析、低温氮气吸附和压汞实验,分别从宏观和微观角度对煤的氧化特性、自燃极限参数、活性官能团含量以及孔隙结构特征进行分析。结果表明:火成岩侵蚀增大煤的自燃风险,会提升煤体内部的气体流通性,火成岩侵蚀煤体具有更高的氧化活性;此外,火成岩侵蚀改变煤层赋存条件,增大煤层开采难度,提高采空区内漏风强度,延长采空区“氧化升温带”遗煤的氧化时间,从外部影响因素层面提升煤炭的自燃风险;火成岩侵蚀改变煤自身结构和煤自燃外部环境因素,加剧了侵蚀煤层的自燃风险。

复采工作面煤自燃危险区域划分及综合治理技术研究

针对运河煤矿F1301复采工作面煤自然发火事故,基于F1301工作面开采的实际情况,对工作面自然发火隐患进行分析,根据进回风巷钻孔的气样数据将工作面巷道两侧采空区煤自燃的危险程度分为高风险、一般风险和低风险三个级别,对此提出防灭火监测监控系统及综合治理技术,并在实际工程中得到应用,应用结果表明,各观测钻孔内CO浓度整体呈现波动下降趋势,最终稳定在0.024‰以下,有效抑制了采空区内遗煤的氧化进程,消除了F1301工作面开采过程中邻近1301、1302采空区的煤自燃隐患,有利于保障F1301工作面后续的顺利回采。

矿井煤自燃灾害监测预警技术及发展趋势

以降低矿井火灾的发生率为目标,梳理了矿井煤自燃灾害现有监测预警技术的发展现状,总结了现有技术的局限性和不足,指出未来发展应注重先进监测技术的应用、预测技术准确性的提升、预警系统和智能化管理的发展等。针对矿井煤自燃灾害隐蔽性、持续性、扩散性和难以控制的特点,提出矿井煤自燃灾害监测预警技术未来发展方向:提升煤自然发火临界值确定方法的综合性,利用新兴设备和先进技术完善煤自然发火临界值的确定方法;针对矿井煤自燃复杂环境,可通过研究声波探测等新型先进技术手段,提高矿井煤自燃监测参数的全面性和精细化;推动矿井煤自燃监测预警技术的创新性和决策的智能化,利用数字孪生技术提供精准的模拟与预测能力、优化防控方案、提供培训和应急管理以及数据分析和决策支持等方面的帮助;聚焦矿井自燃灾害全面感知、精准预测与防控智能一体化建设,加强对矿井自燃灾害数据分析、灾前主动预警、灾后事故治理、火区自动封闭等技术的研究。

综采工作面采空区煤自燃全周期防治技术体系

为解决杭来湾煤矿综采工作面开采期间采空区煤自燃防治难题,以该矿30201工作面为例,总结分析了煤层自然发火灾害特点,根据工作面开采条件,提出了基于监测预警、控制遗煤、减氧控温的多方位煤自燃防治技术体系总体思路,并针对工作面安装、初采、回采、停采等期间的不同防灭火需求,制定针对性防灭火措施,建立了综采工作面采空区煤自燃全周期防治技术体系,保障了该工作面开采全周期火灾防治工作顺利完成。

回采工作面过断层期间防灭火技术应用研究

针对山西A矿11809综放工作面过F1断层期间采空区遗煤存在的自燃氧化问题,分析遗煤发火机理,提出综合采用控风防火(封堵漏风裂隙、控制采面配风量)和采空区惰化(注氮、喷洒阻化剂、灌注三相泡沫)方式进行防灭火,并具体给出防灭火技术实施方案。技术应用后,回采工作面过断层期间采空区遗煤自然发火问题得以解决,采空区CO体积分数迅速降低且可实现采空区及时惰化,为回采工作面安全高效过断层创造了良好条件。

高河矿E1302膏体充填开采工作面温度变化分析

为确保膏体充填工作面的安全高效回采,以高河矿E1302工作面为研究对象,结合试验、模拟分析及现场实测等技术手段,对采面生产期间采空区的温度变化情况以及下部煤层自然发火情况等进行了分析。结果表明,E1302工作面在膏体凝固期间会释放热量,从而导致了采空区下部煤层及采面内温度增长,而温度增长会增加下部煤层自然发火的危险性,但是膏体充填采空区的遗煤缺乏持续自燃氧化条件,从而降低了采空区自然发火的危险性。E1302工作面膏体充填开采期间,采面内及回风口位置CO体积分数均在安全范围内,表明现场采用的膏体充填材料可满足采面采空区自然发火防治需求。

大采高综采工作面防灭火技术优化及效果分析

为优化杭来湾煤矿30201工作面防灭火技术,解决上隅角CO超限问题,结合大采高工作面特点分析CO超限原因,利用预埋束管观测和数值模拟相结合的方法判定采空区煤自燃危险区域,提出工作面防灭火技术优化方案,并对优化效果进行研究分析。结果表明,采空区煤自燃危险区域为氧化带范围,回风侧氧化带距工作面14~140 m,进风侧氧化带距工作面280~410 m;工作面防灭火技术优化后,回风侧氧化带距工作面5~85 m,进风侧氧化带距工作面210~285 m,氧化带宽度缩短约60 m,窒息带明显前移,表明防灭火技术优化有效。

新型阻燃泡沫在煤矿防自燃和灭火中的应用研究

煤炭自燃和火灾导致大量的煤炭资源损失和人员伤亡,但目前使用的常用灭火材料如水、普通泡沫等难以长期有效抑制煤自燃且无法快速灭火,因此,研发了一种新型阻燃泡沫。通过正交试验确定了阻燃泡沫的最佳成分配比,从自由基、官能团和CO生成速率3个方面考察了其阻燃性能,从煤在灭火过程中温度降低的速率和时间来考察其灭火性能。结果表明,新型阻燃泡沫在抑制自由基生成和煤氧化复合反应方面优于水和普通泡沫;低温阶段主要依靠水蒸发冷却、隔离煤与氧接触等物理抑制方法,高温阶段主要依靠Mg Cl2抑制煤氧化复合反应;与水和普通泡沫相比,阻燃泡沫可以快速扑灭煤火,防止闷烧。工程实践结果表明,使用新型阻燃泡沫后能明显降低煤体温度。

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。

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。

A Review on Mine Fire Disasters and Assessment of Fire Detection Using a Dual-Cab Suppression System

The health and productivity of mining operations are negatively impacted by coal mine fires, making them dangerous. It happened everywhere, in both working and abandoned coal mines. This study seeks to review and provide technical analytics of potential mine fires and fire detection in a Dual-Cab suppression system. Analysis was done on potential mine fires like spontaneous combustion, flammable gas explosions, and cab vehicle fires. Additionally, a review of the NIOSH experiment was conducted to assess the performance of smoke and flame detectors in a dual-cab suppression system. This study guides both open-pit and underground mining operations. Additionally, a few ideas and suggestions are presented to assist with on-the-job safety analysis, ensuing creative alterations, and technology advancement for the mining industry’s overall safety.

Assessment of sealed fire states by fire characteristic

The paper presented assessment of sealed fire states in underground coal mines by so-called 'fire characteristic', which graphically described tendencies of fire gas components-oxygen, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and hydrocarbons-in time. In order to mark gas components tendencies in time the authors applied the time series analysis. The case studied confirmed, that analysis of fire gas components tendencies in time and their correlation allow to elicit proper conclusions about fire state assessment. Assessment of fire states based on single value of fire indexes without considering their trends in time and correlation between trends of gas components would give wrong results The suggested method can appropriately indicate fire states in a sealed area.

无人机遥感支持下的煤矸石山自燃监测与预警

复垦后煤矸石山的复燃问题是矿区土地复垦与生态环境保护中的巨大挑战。超前和及时的自燃监测和预警对治理至关重要,同时也一直是研究和治理中的难题。研究基于无人机遥感技术,提出了一种在复垦后利用植被紫花苜蓿评估煤矸石山自燃风险的方法,并对该方法在自燃监测和预警中的可行性进行评估。以中国山西省某复垦后自燃煤矸石山为例,利用无人机搭载可见光、热红外相机获取了某复垦后煤矸石山的无人机影像,并基于无人机影像提取的图像特征估算了紫花苜蓿地上生物量、株高和植被水分信息;在此基础上提出了自燃风险评估方法,在已发生自燃的研究区A1开展预警可行性探究;同时,利用上述方法对一未知(潜在)自燃研究区A2的自燃风险进行评估。研究结果表明:(1)无人机是煤矸石山植被监测的有效工具,基于无人机遥感图像特征能够实现紫花苜蓿长势参数的精准估算。基于随机森林的紫花苜蓿生物量和植被水分估算模型在验证集上的决定系数R^(2)分别为0.92和0.78,均方根误差RMSE分别90.58 g/cm^(2)和4.29%;基于作物高度模型的株高预测结果的R2为0.92,RMSE为7.58 cm。(2)3种紫花苜蓿长势参数均表现出了对自燃的解释能力,在空间分布上与25 cm深度土壤温度T_(s,25)均表现出一定的负相关性(R^(2)=-0.43~-0.51),且地上生物量的解释能力最优(R^(2)=-0.51)。(3)基于紫花苜蓿生物量能够在一定程度上掌握地下自燃过程的影响范围、强度和变化方向,从而可能对煤矸石山的潜在自燃风险实现监测和预警。研究旨在为矿区复垦后煤矸石山的复燃防治工作提供新思路和方法支撑。

淮南矿区煤自燃指标气体及特征参数

为研究淮南矿区煤自然发火过程中的燃烧特性,采用程序升温实验装置,测试了淮南矿区6个不同煤矿中煤样的自燃特性,分析各煤样的CO、CO_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(6)、C_(2)H_(4)气体的变化规律,计算并探讨耗氧速率、放热强度及极限参数在不同氧化阶段的变化。结果表明:CO、CO_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(6)、C_(2)H_(4)气体均随温度升高呈现增大趋势,并在干裂温度后均表现出近指数增长。CO与C_(2)H_(4)气体可选作为预测淮南矿区煤自燃发展进程的预测指标性气体。耗氧速率与放热强度的变化趋势类似,临界温度前增长较为缓慢,后均呈抛物线式增长,而丁集与潘三两煤样耗氧速率与放热强度的变化较为突出。上限漏风强度随温度升高先减小后增大;下限氧体积分数与最小遗煤厚度则随温度升高,先增大后逐渐减小,且变化趋势相似。淮南矿区新庄孜煤矿的煤样氧化性能最为稳定。

大采高综采工作面采空区煤自燃危险区域研究与判定

大采高工作面由于围岩压力大、回采速度慢和漏风量大等特点造成煤自燃火灾防治难度较大。因此,采用数值模拟和现场观测相结合的方式研究了梅花井232204大采高工作面煤自燃危险区域分布特征。结果表明:采空区漏风风流从进风巷向回风巷方向渗流,造成氧气浓度在进风侧比较高,且高氧气浓度的范围大,在回风侧氧气浓度相对较低,高氧气浓度的范围也显著缩小。随埋入采空区距离增大氧气浓度逐渐降低,进回风侧氧气浓度分别在105 m和80 m降低到8%。综合判定得到232204工作面采空区的氧化升温带范围在进风区域和回风区域分别为40~105 m和28~80 m。研究结果可为大采高综采工作面采空区防灭火工作提供指导。

矿井防灭火材料的研究进展及发展趋势

矿井火灾一直是制约我国煤炭开采和危害井下工作人员生命安全的灾害之一,并且会造成极大的资源浪费。面对当前严重的矿区火灾事故,研究发展新型防灭火材料无疑是保障现代化矿井安全高效生产的一项重要课题。综合论述了当前矿井火灾发生的诱因,以及常用的注惰气、注泥浆、洒阻化剂等传统防灭火材料和凝胶泡沫、液态二氧化碳、可膨胀石墨凝胶等新型防灭火材料的灭火机理和存在的缺陷;提出了国内外一些先进防灭火材料在当前实际应用中面临的难题,并且对未来的新型防灭火材料的发展做出了展望。

采空区煤自燃防控技术创新对综放面临时停采的影响研究

综放开采工艺下采空区遗煤自燃危险性突出,在工作面需要临时停采时采空区煤自燃防控显的尤为重要。以王洼二矿115032综放面为工程背景,通过实验得到煤自燃极限参数,结合现场采空区浮煤厚度、氧气浓度和漏风强度的分布,确定煤自燃危险区域分布,最终制定出综放面临时停采防火措施。结果表明,115032综放面煤最短自然发火期为22 d,得到了极限浮煤厚度、下限氧浓度及上限漏风强度的变化规律,浮煤厚度在40℃时出现极大值,浮煤厚度为0.35 m,温度在40℃时,下限氧浓度值为25.42%,上限漏风强度为负值,此时煤是不会发生蓄热自燃;明确了综放面采空区煤自燃“三带”范围,散热带距工作面3~18 m以内,窒息带距工作面73~105 m以上,氧化升温带位于散热带及窒息带之间;当工作面临时停采时,结合采空区煤自燃危险区域,在临时封闭前、临时封闭期间及临时封闭后采取了针对性的防火措施。现场实践结果表明,115032综放面回风巷、上隅角与采空区氧气浓度均保持较低浓度,临时密闭的防火措施取得很好效果,为相似工作面采空区煤自燃防控提供理论、实验与技术借鉴。