大倾角工作面采空区均压-注氮联合防火数值模拟研究

以峻德煤矿93172大倾角外部漏风工作面为例,研究大倾角外部漏风采空区均压参数合理性以及对注氮防火的影响。采用Fluent数值模拟方法对采空区进行流场分析,充分考虑位压的影响,合理设置工作面和采空区进回风口及漏风口压力边界参数;建立了“L”形大倾角采空区冒落分布模型,进行采空区“恰当均压”,“欠均压”,“过均压”数值模拟,探究不同均压工况的采空区自燃三带分布,同时探讨了采空区均压注氮的合理参数选择。结果表明:“恰当均压”的采空区自然氧化带宽度最短;注氮防火应在“恰当均压”条件下进行,否则将会极大降低采空区惰化效果,徒增注氮量。研究结果对现场科学制定均压-注氮联合防火措施提供理论指导,同时压力边界参数设置方法为大倾角工作面采空区均压-注氮联合防火相关数值模拟研究提供科学参考。

朱集西煤矿自燃“三带”分布及注氮参数研究

为了研究朱集西煤矿11503综采工作面采空区自燃“三带”分布规律,在进、回风巷侧埋设束管对采空区内部氧气浓度变化规律进行现场实测,并采用数值模拟的方法研究不同注氮流量下自燃“三带”分布变化规律,确定合理的注氮流量。研究表明:增加注氮流量,采空区氧化带的分布范围和宽度会减小,当注氮流量增加至900 m^(3)/h以上时对减小氧化带宽度效果甚微,据此确定了合理的注氮流量900 m^(3)/h;通过计算得到11503工作面安全通风量为222 m^(3)/min。研究结果为该工作面的后续防灭火工作提供参考。

基于CFD的采空区三维流场分析及注氮参数优化研究

注氮是煤矿采空区发生自然发火征兆时常用的抑制措施,因其效果显著、安全可靠等特点被广泛应用于采空区灭火实践。注氮位置选取、注氮量的多少等直接影响注氮的效果及成本;采用数值模拟及现场实测相结合的方法,对注氮防灭火参数进行优化。以试验工作面为原型建立仿真物理模型,通过现场实测数据验证模型的有效性。在开展数值模拟试验的过程中,通过研究不同注氮位置、不同注氮流量等对采空区“三带”的影响,找到最优注氮参数,并进行了现场实测验证。研究结果表明,注氮口在进风侧距离工作面50 m处、注氮流量1 000 m~3/h时,注氮效果良好且成本最低。

台阶型煤体孤岛开采自然发火防治技术应用

金桥煤矿1306工作面四面临空,孤岛布置,分层开采,上分层存在遗留煤柱,形成了特殊的“台阶型”构造。针对1306工作面漏风通道多,自然发火风险较大的实际,分正常回采、回撤2个阶段制定针对性防灭火措施。回采期间采取了沿空喷涂、采空区注氮、停采线及采空区压注凝胶、遗煤喷洒阻化剂等措施,回撤期间重点采取了架后压注凝胶措施。通过对安全监控系统、采空区微漏风监测系统及人工检测数据进行耦合性分析,对1306工作面防灭火效果进行验证,得出1306工作面防灭火措施落实得当,肯定了台阶型煤体孤岛开采自然发火防治技术的成效。该技术能够为后续不规则工作面防灭火工作提供技术支撑,对类似开采条件的矿井有一定的借鉴作用。

综放工作面停采期间防灭火方案设计及应用

高瓦斯煤层的开采面临瓦斯与煤炭自然发火并存及耦合的问题,尤其是在工作面停采回撤期间,自然发火风险成倍增长,本文针对8306综放工作面停采期间所面临的防灭火工作难题,首先分析出采空区遗煤多、工作面漏风隐患大、工作面推采放缓甚至停滞等防灭火难题,然后针对性制定了防止采空区漏风、采空区注氮惰化、液压支架后方喷洒阻化剂,以及加强监测监控及预测预报等综合防灭火方案,有效抑制了采空区遗煤的自燃进程,保障了矿井安全生产。

15107面采空区注氮量数值模拟及工艺优化

15107工作面采空区存在漏风量较大、遗煤易发生自燃的问题,利用Fluent数值仿真软件,模拟不同注氮孔深度和不同注氮量对采空区自燃“三带”的影响,得出最优氮气注入深度为75 m、最佳氮气注入量为1900 m^(3)/h。通过现场监测,结果表明,使用非间隙氮气注入改进工艺,15107工作面进风巷及回风巷的CO浓度均小于24 ppm,有效降低了采空区遗煤自燃概率,防灭火效果好。

红树梁煤矿浅埋煤层防灭火技术探索与应用

矿井火灾是煤炭开采过程中的主要灾害之一,会对煤矿的安全生产构成严重威胁。为保障红树梁煤矿开采工作的顺利进行,基于矿区自身的煤层性质及赋存条件,对浅埋深煤层自然发火的防治技术展开探索。在分析注氮、喷洒阻化剂、采后灌浆、均压等防灭火措施的基础上,配合日常火情预测预报系统以及合理的采煤工艺和通风系统,提出了适合该矿区的经济高效的综合防灭火技术。实践表明,该技术可以有效确保工作面安全顺利回采,提升矿井的安全生产水平,具有一定的应用价值。

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。

采空区自燃危险区域判识与防控技术研究综述

采空区遗煤自然发火问题一直是煤矿火灾防治工作的重点,掌握煤自燃危险区域分布规律是采取防控措施的关键。结合该领域的国内外最新研究成果,采用文献调研与理论分析的方法,系统分析了采空区自燃危险区域判识的理论基础、演化历程和判定条件,定性总结了煤自燃火灾防控技术的有效性及适应性。综合分析认为:采空区覆岩应力应变-孔隙度-漏风强度-气体体积分数的链式变化和重新分布是采空区自燃危险区域形成的根本原因,采用动态参数判定自燃危险区域更符合现场实际;在工程实践中,注氮、堵漏技术对氧化自燃带宽度的减小呈现出明显效应。

特厚高放顶煤开采注氮煤自燃危险抑制特性研究

针对特厚高放顶煤回采工作面采空区遗煤量大、漏风严重等问题,通过程序升温氧化实验和热释放测试实验,对未注氮与注氮条件下的煤体氧化自燃过程气体产物、氧气消耗和热释放特性进行分析;利用数值模拟软件,对不同注氮位置条件下注氮对采空区煤自燃危险区域的抑制性进行分析;并进行注氮方案优化。结果表明:注氮时能抑制煤体氧化自燃反应进程,各气体产物出现的温度点延缓25~30℃,耗氧速率、放热量大幅度降低,未注氮时的放热量是注氮时放热量的5.67倍;不同位置注氮时采空区煤自燃危险区域差异收缩,注氮口2、3、4、5即进风一侧分别距工作面60、80、100、120 m位置注氮时危险区域抑制面积依次占比为12.28%、32.71%、39.71%、44.09%,采空区温度抑制变化主要集中在注氮口附近区域;注氮口2、3联合注氮优化方案能有效抑制47.25%的采空区煤自燃危险区域。

下分层开采期间巷道布置及灾害治理

煤炭行业的开采工作已经进入到了老龄化阶段,对于较厚煤层应尽可能将煤炭资源全部回收。为了更加安全高效回收煤炭资源,延长矿井服务年限,维持矿井生产运营,提高矿井资源回收率等具有显著的经济效益和社会效益,对于开采工作中的防灾减灾、一通三防、顶板管理、冲击地压等将是下分层工作开展安全防范的重点,减少我国社会财产的损失及人身安全已经成了当务之急。结合下沟煤矿煤层易自燃的性质,以及上分层综放开采残留遗煤、采空区漏风等因素均会造成下分层开采防灭火难度大大增加,开展下分层综采工作面在复杂条件下开采可行性论证及安全高效回采关键技术研究具有重要的现实意义。通过对下分层开采期间灾害进行简要分析,并对灾害的治理工作提出一些建议。

综采放顶煤采空区注氮防灭火模拟试验研究

采用物理模拟试验研究了综采放顶煤采空区注氮防灭火的适用性．综采放顶煤采空区注氮模型的相似性分析表明，在保证采空区流体动力相似的条件下，即可满足采空区注氮模拟条件．模拟结果表明，对２００ｍ长的综放面采空区注氮难以取得有效的惰化效果．现场观测表明，无煤柱开采的综放面，邻近采空区的漏风及自燃发火危险更大，应在漏风源处注氮，并配合堵漏和均压措施，彻底惰化漏风源．

近距离煤层上覆采空区自燃形成机理及防控技术

基于近距离煤层自燃防治理论研究和现场实践,以氧浓度控制为核心,提出以多点监测自反馈注氮为主的上覆采空区煤自燃综合防控技术。采用理论分析和数值模拟研究了巷道顶板裂隙发育对上覆采空区浮煤自燃的诱发机制,从氧浓度控制的角度对上覆采空区遗煤自燃防控进行了模拟分析与现场实践。研究结果表明,巷道顶板裂隙发育引起大面积漏风供氧是上覆采空区遗煤自燃灾害发生的重要诱因;遗煤自燃危险区位于上分层冒落三角区及终采线附近,且随漏风强度增大逐渐向回风侧扩展;相对传统多点注氮方式,采用多点自反馈技术可减少氮气用量36%以上,同时实现强漏风点的准确定位与区域遗煤氧化进程的动态监测。通过现场实践,验证了通过多点自反馈综合防控技术实现注氮量优化分配与强漏风点识别控制的可行性。

综采面动态注氮作用下采空区“三带”分布及防灭火技术研究

刘庄矿171101工作面邻近停产线,为防止遗煤自燃,采用动态注氮方式向采空区注氮。为了确定停采后注氮口和灌浆口的合理位置,利用热电偶和束管对采空区内一定范围内气体和温度进行实测,根据温度、CO、CO2分布规律并结合MIN-MAX方法综合划分出采空区"三带"范围。实践证明,以该方法确定的注氮口和灌浆口的位置能够更好地抑制遗煤的自燃,为其他类似停采线附近防灭火提供了参考价值。

晋牛矿1303综放面采空区注氮方案研究及数值模拟

为了合理设计采空区注氮防灭火方案,以晋牛煤矿1303综放工作面为研究对象,通过在采空区进、回风侧布置束管监测系统,连续测定采空区气体浓度变化,划分采空区自燃"三带"分布区域,并基于采空区自燃"三带"划分标准和数值模拟的方法,利用流体力学COMSOL计算软件,研究不同注氮量、注氮位置下采空区氧化自燃带的分布规律。研究结果表明:注氮量和注氮位置参数的变化,对氧化自燃带上界限的影响并不显著,而对氧化自燃带的下界限影响比较显著;最合适的注氮位置应该在距离切顶线30 m左右,运用Origin软件得出注氮量与氧化自燃带宽度呈指数关系,由拟合式计算出最优注氮量为386 m^3/h,此时氧化自燃带的宽度为31.5 m。

综放工作面连续注氮下采空区气体分布及“三带”变化规律

介绍了同煤集团塔山矿8202综放工作面开采过程中,采用埋管、连续注氮方式向采空区注氮,防止采空区遗煤自燃。同时在采空区预埋束管,测量连续注氮前后各测点氧气和一氧化碳浓度的变化,并结合采空区遗煤自燃理论,得出了采空区自燃"三带"的分布变化。结果表明:综放工作面采空区在连续注氮下,氧气浓度随采空区深度的增加明显降低,最终稳定在5%左右;一氧化碳浓度随采空区深度的增加稳定在50×10-6以下;注氮量越大,氧气和一氧化碳浓度下降的幅度越大;由于工作面供风量和漏风量都较大,对散热带宽度影响不大,氧化带在注氮后缩短了约60 m,窒息带前移了约70 m。

红庙矿综放面防灭火合理注氮参数

针对红庙矿五区5-2S综放工作面采空区防灭火合理注氮参数确定的问题,采用现场实测、实验室实验以及计算机模拟相结合的方法,数值模拟研究了不同注氮量、不同注氮位置、不同注氮时间对综放面采空区自燃"三带"分布的影响规律.结果表明:随注氮量的增加,采空区自燃氧化带的最大宽度逐渐减小,红庙矿五区5-2S综放工作面合理的注氮量应该为660～800 m3/h;合理的注氮位置为距工作面运顺侧采空区后方10～30 m;每天的累计注氮时间不超过15 h.红庙矿五区5-2S综放工作面在实际生产过程中采用了上述注氮参数,取得了很好的防灭火效果,有效地预防了采空区自燃的发生,保障了工作面的安全生产.本研究对煤矿防灭火具有一定的指导意义.

补连塔煤矿上覆采空区大面积火区综合治理技术研究

补连塔煤矿三盘区2-2煤层22305工作面回采放顶时,上覆1-2煤层12306采空区内浮煤发生自燃,导致了22305工作面CO超限,工作面停产。在进行火区状况分析后,采用多种方法进行火区治理,但由于采空区漏风严重、火区面积大、火区发展速度快,前期治理并未收到明显成效。后期针对火区特点,对22305工作面进行封闭并采取从地面向采空区灌注液态氮气和液态二氧化碳的措施进行治理,取得了良好效果,有效控制了22305工作面上覆采空区高温区域,使得22305工作面启封后安全回采。

采空区自燃隔离墙与氮气联合防火技术

为防止下沟煤矿下分层ZF1801工作面采空区自然发火,现场监测工作面实际供风量1026 m^(3)/min时的氧气体积分数和漏风速度.并基于采空区自燃"三带"划分标准和数值模拟的方法,采用FLUENT软件研究下分层ZF1801工作面采空区自燃带变化规律,确定自燃带的范围,得到采空区自燃带的拟合曲线,提出"堵漏降氧-惰化置换"联合防灭火技术.研究结果表明:数值模拟的自燃"三带"变化规律与现场监测吻合较好,数值模拟可靠,其中氧化升温带在采空区进风侧为40~150 m,中部为35~130 m;下分层ZF1801采空区内布置风流隔离墙布置间距为50m时和注氮筛管之间间距保持在40m时,防灭火效果较好,其中使用风流隔离墙氧化升温带最大宽度由110 m缩减至80 m,使用筛管注氮氧化升温带最大宽度由110 m缩减至25 m;现场应用风流隔离墙和筛管注氮相结合的防灭火后下分层采空区回顺侧束管CO体积分数由476×10^(-6)降至32×10^(-6),上隅角CO体积分数由300×10^(-6)降至11×10^(-6).上分层采空区,运顺侧上方采空区内的CO体积分数由700×10^(-6)降至37×10^(-6),回顺侧由528×10^(-6)降至19×10^(-6),治理效果显著.

注氮量对采空区自燃三带分布影响的数值模拟

为研究注氮对采空区自燃三带分布的影响,建立了二维注氮采空区渗流场的数学模型,研究了注氮量的变化对采空区流场分布的影响,得到了注氮采空区自燃三带的分布规律。结果表明,随着注氮量的增大,散热带增宽,氧化带向采空区深部移动,距注氮源越近三带所受影响越大,并分析了注氮量对工作面氧浓度分布的影响。