利用顶板冒落规律研究采空区自燃“三带”分布

针对浅埋煤层上覆岩层冒落强度较大、顶板破坏程度严重的现状,分析了顶板冒落规律与采空区自燃规律之间的相互关系.利用相似模拟试验研究了浅埋煤层工作面顶板冒落规律,同时在试验工作面采空区布置了测点,现场取样测定分析了推进过程中采空区气体含量分布规律.结果表明,工作面采空区0~120 m为自然堆积区,120~260 m为破碎堆积区,且距离工作面140~260 m范围内,采空区O2含量为18%~10%.利用两种方式得出的采空区自燃规律具有较好的一致性,从而确定出采空区自燃"三带"分布状况.研究结果为工作面采空区防灭火措施的制定提供了可靠依据.     

大采高工作面冒落带动态分布特征及确定方法

根据大采高工作面采空体积大及其矿压活动特点,将工作面覆岩分为直接顶内有结构岩层和无结构岩层两类,考虑采空区冒落矸石自重压缩和结构岩层失稳向采空区施加荷载,建立了两类结构不同开采阶段冒落带动态分布方程,揭示了采空区冒落带动态分布特征。结果表明:大采高工作面覆岩采空区冒落带呈明显的动态变化特征;冒落带高度变化与覆岩结构岩层厚度、容重、工作面开采时间、冒落矸石初始碎胀系数及压缩模量相关;基本顶砌体梁结构破断前冒落带在短时间内急剧增大,并达到极值,该阶段冒落带矸石自重压缩增加了采空高度使冒落带进一步增加;基本顶砌体梁结构回转载荷和直接顶内结构岩层滑落失稳施加的动荷载,对采空区矸石压缩作用受岩层厚度、容重及持续时间决定;整体下沉阶段冒落带高度随开采时间的增加而缓慢下降,一定时间后趋于稳定。     

采空区氧化自燃带宽度与工作面推进速度关系的数值模拟

基于采空区渗流方程和多孔介质动量方程,应用FLUENT软件模拟了采空区漏风风速变化情况,结合采空区自燃"三带"划分标准,得出采空区氧化自燃带宽度与工作面推进速度的关系:随着工作面推进速度提高,进风侧、回风侧、工作面中部氧化自燃带与工作面距离都将增大;工作面中部氧化自燃带与工作面距离增幅较大,进风侧、回风侧氧化自燃带与工作面距离增幅较小。     

采动覆岩“三带”高度相似模拟及实证研究

基于采动覆岩破坏、断裂机理及其裂隙分布、发育特性,采用相似材料模拟实验方法,对杜儿坪矿68303工作面采动覆岩"三带"进行了研究;通过分析采空区顶板断裂、离层、下沉、裂隙分布及延伸特性,得出冒落带高度12.5 m,裂隙带高度37.5 m,弯曲下沉带高度大于80 m;采用仰斜钻孔分段注水及钻孔参数分析法现场实测了冒落带、裂隙带高度,与相似模拟实验结果进行了对比,分别相差0.8,2.5 m。表明基于采动覆岩裂隙分布特性的相似模拟实验研究结果合理、可靠,可以作为工作面顶板"三带"高度研究的有效手段。     

基于多种方法的深井覆岩两带发育高度分析

针对某矿厚冲击层下关键层断裂层位勘查问题,通过理论分析、数值模拟、现场实测等方法对工作面开采条件下覆岩运移高度进行研究,动态分析了不同方法下覆岩裂隙发育高度,结果表明:基于理论分析计算得到的冒落带高度为6.9～11.3 m,裂隙带高度为30.1～41.3 m;数值模拟计算得到的冒落带高度约为11 m,裂隙带高度约为45 m;基于现场实测的裂隙带高度为41.5 m。多方法分析的两带高度结果吻合度较高,真实可靠,为相似条件下覆岩裂隙发育高度的确定提供了参考。     

基于氧化带边界线的综放采空区自燃“三带”研究

为准确判定煤矿采空区自燃"三带"的范围,给工作面防灭火技术措施的制定提供支撑,以俄霍布拉克煤矿5106综放工作面为试验工作面,采用现场测试和数值模拟方法,确定了先划分采空区氧化带边界线后再划分自燃"三带"的思路。确定以氧气浓度6%为指标划分氧化带和窒息带的边界,以及以漏风风速0.24 m/min为指标划分氧化带和散热带的边界,进而划分采空区自燃"三带"。研究结果表明,进风侧采空区散热带<20.5 m,氧化带在20.5~127.6 m,窒息带>127.6 m;回风侧采空区散热带<20.2 m,氧化带在20.2~121.45 m,窒息带>121.45 m。该研究结果为5106工作面防灭火技术措施的制定提供了科学依据。     

开采覆岩特征及水体开采技术途径

1覆岩破坏特征 1．1覆岩破坏基本特征在采用全部垮落法开采的工作面。覆岩的破坏移动出现三个具有代表性的部分：冒落带、裂隙带和弯曲带。（1）冒落带是指脱离岩层母体,失去连续性,呈不规则岩块或似层状岩块向采空区冒落的那部分岩层。冒落带内岩块之间空隙多,连通性强,是水体溃入井下的通道。（2）裂隙带位于冒落带之上,具有与采空区连通的导水裂隙,但连续性未受破坏。     

固体充填采煤充实率控制导水裂隙带高度发育研究

为了研究固体充填采煤充实率对控制导水裂隙带高度发育的影响,分析了固体充填采煤覆岩移动变形特征,借助等价采高理论套用经验公式对固体充填采煤不同充实率导水裂隙带高度进行预计。运用数值模拟软件,通过对不同充实率导水裂隙带高度的模拟,建立了固体充填采煤导水裂隙带高度新的预计方法,其结果与套用经验公式预计的结果相吻合。工业性实验表明:固体充填采煤可以有效控制覆岩移动变形,顶板岩层整体保持其完整性,在煤层采高为3.5 m,采空区充实率为85%时,导水裂隙带高度在10 m左右的范围内,实测与预计结果基本一致。     

固体充填采煤充实率控制导水裂隙带高度发育研究

为了研究固体充填采煤充实率对控制导水裂隙带高度发育的影响,分析了固体充填采煤覆岩移动变形特征,借助等价采高理论套用经验公式对固体充填采煤不同充实率导水裂隙带高度进行预计。运用数值模拟软件,通过对不同充实率导水裂隙带高度的模拟,建立了固体充填采煤导水裂隙带高度新的预计方法,其结果与套用经验公式预计的结果相吻合。工业性实验表明:固体充填采煤可以有效控制覆岩移动变形,顶板岩层整体保持其完整性,在煤层采高为3.5 m,采空区充实率为85%时,导水裂隙带高度在10 m左右的范围内,实测与预计结果基本一致。     

采场上覆岩层采动裂隙演化规律相似模拟研究

为得到薄基岩厚风积沙地区采场裂隙带发育高度及演化特征,基于采场覆岩"三带"的划分,对薄基岩地区厚风积沙煤层采动过程中裂隙发育特征进行相似材料模拟试验研究,得到开采过程中上覆岩层垮落破坏特征及运移规律,岩层内部压力分布规律,分析采动裂隙带发育高度及存在形态与工作面推进速度的关系。结果表明:补连塔煤矿12406工作面周期来压步距为22.5~30.0 m;上覆岩层的破断角在采空区侧为64°,在煤壁侧为61°;裂隙带高度为157.1 m,为工作面采高的26.18倍;工作面上覆岩层下沉趋势呈非线性曲线,移动形态具有非对称性。     

地面钻孔抽采对采空区自燃“三带”的影响研究

为解决魏家地煤矿工作面煤层透气性系数低,采空区瓦斯治理难的安全生产问题,以该矿北1103工作面为工程背景,采用数值模拟和现场实践等方法,对地面钻孔瓦斯抽采后,采空区自燃“三带”的变化规律进行了分析研究,并给出了相关自然发火对应防治措施。结果表明,北1103工作面经地面钻孔抽采瓦斯后,采空区散热带宽度由56 m增加至61 m;氧化带宽度由29 m增加至39 m;窒息带宽度由315 m减少至300 m。本次研究有效解决了北1103采空区瓦斯涌出量大与自然发火隐患问题。研究结果适用于魏家地煤矿采取综合立体瓦斯抽采治理模式的工作面,极大地保护了工作面安全回采,对落实矿井的安全高效生产及经济价值效益具有良好的工程示范意义。     

红庆河煤矿综采工作面采空区“三带”测定及模拟分析

根据红庆河煤矿综采工作面采空区自燃“三带”现场实测数据,采用氧气浓度划分法对工作面采空区自燃“三带”进行划分;利用FLUENT数值计算软件模拟分析综采工作面采空区风流流场、温度场等,分析验证采空区氧气浓度、CO浓度、漏风速率、温度等变化规律,并与数值模拟中采用漏风强度法划分的采空区自燃“三带”进行验证,确认了采空区“三带”现场实测的可靠性、准确性。结果表明:综采工作面采空区“两道”漏风严重,氧化升温带在进、回风巷分布范围较广;现场实测与数值模拟的结果变化趋势相一致,可以用来指导实际生产。     

注氮对相邻采空区自燃“三带”影响模拟研究

相邻工作面开采会导致复杂的漏风情况,浮煤易自燃,增大防火工作的难度。为明确相邻采空区自燃“三带”分布特征及确定最佳注氮防灭火参数,以贵州某矿4244工作面为背景,结合现场实测,应用Fluent流场分析软件,模拟研究不同注氮方案下采空区氧气浓度场分布规律。结果表明,实测结果与模拟相吻合,验证了模拟的可靠性;当注氮位置为X=50 m,注氮流量为100 m3/h时,采空区进、回风巷侧氧化带宽度分别为7 m和38 m,能明显减少本采空区氧化带面积,且能防止氧化带距工作面太近;此工作面进风侧注氮对相邻采空区氧化带影响范围较小,这要求在回采过程中需要对煤柱进行加固,降低孔隙率,控制漏风,减少氧气进入相邻采空区,降低煤自燃风险。模拟结果为相邻采空区灾害防治工作提供了的理论指导。     

保德煤矿81305综放工作面煤的自燃特性及防治技术研究

为了解和掌握保德煤矿8号煤层自然发火规律,以81305综放工作面为研究对象,进行煤样升温氧化实验,得出8号煤层自燃指标性气体为CO、C2H4。通过现场实测采空区气体变化规律结合数值模拟,得出81305工作面采空区自燃氧化带的范围为:进风侧200~350 m;工作面中部220~400 m;回风侧100~220 m。计算出预防采空区自燃的工作面最安全的推进速度为61.71 m/月。并提出了保德煤矿8号煤层不同开采时期采空区自然发火防治措施。     

综合防灭火技术在易自然发火工作面中的研究与应用

在煤炭开采过程中，采空区遗留浮煤；再加上采空区冒落空间高及工作面供风和地面塌陷形成的裂缝，漏风情况较为严重，同时由于是大采高工作面，其上、下隅角的巷帮处不易塌实，易形成漏风通道，遗煤发火的次数和危害程度随之增加，容易造成采空区遗煤自燃，严重影响着煤矿的安全生产。对浅埋深综采工作面采取了经济合理、技术可行的综合防灭火方案，同时也优化了相关措施的系数，确保了职工生命安全，促进了企业安全发展。     

10101综放工作面采空区自燃“三带”分布特征

针对豹子沟煤矿10101综放工作面开采,分析探讨可能引起采空区自然发火火灾危险因素;应用气相色谱分析仪和束管取气的方法测定该工作面采空区自燃“三带”分布数据;采用现场实测方法和采用数值模拟法分析采空区自燃“三带”规律,经比照,得出不同风量条件下采空区自燃“三带”分布特征,最终确定范围为:散热带小于27.2 m,氧化自燃带27.2~74.5 m,窒息带大于74.5 m;结合煤层最短自然发火期,确定工作面的最小安全推进速度为1.84米/天。     

采空区覆岩破坏变形特征研究

以成庄矿4322综采工作面为工程背景,采用分析软件RFPA 2D对该工作面采空区覆岩破坏变形特征进行了数值仿真模拟研究。结果表明:受采矿应力大小、类型及分布等差异性影响,导致不同层段覆岩垮落、裂隙发育程度及类型、裂隙发育高度不同,并在采空区覆岩自下而上依次形成“垮落带、裂隙带及下沉弯曲带”等三个特征明显的采矿破坏变形带。采空区稳定形成后,垮落带最大发育高度达24 m(约3~4倍采高),裂隙带最大高度可达56 m(约9倍采高)。     

综采工作面采空区氧化“三带”观测与分析

综采工作面采用一次采全高的开采方法，在回采过程中易发生采空区遗煤自然发火的现象。为了更好的掌握工作面采空区遗煤自然发火的特性，确保工作面安全回采，通过采空区布点测点的方法，对其采空区气体成分进行测定分析，得出了综采工作面气样参数，进而确定采空区氧化“三带”的范围，这种现场观测方法简单、比较容易实现，可以较准确划分开采过程中采空区的氧化“三带”,为预防采空区遗煤氧化问题提供理论上的依据。     

王庄煤业3801工作面采空区自燃三带划分研究

针对王庄煤业3801工作面采空区遗煤自燃发火防治,通过理论分析确定使用O 2作为煤自燃预报指标气体来判断采空区自燃情况,根据现场监测结果确定了3801工作面采空区自燃三带分布范围。进风侧:0~20 m为散热带,20~125 m为自燃带,大于125 m为窒息带;回风侧:0~10 m为散热带,10~60 m为自燃带,大于60 m为窒息带。并计算出了工作面最小安全推进度为1.1 m/d。该研究结果为矿井防灭火工作提供了科学依据。     

河流下浅埋深薄基岩煤层部分开采可行性分析

控制覆岩破坏高度是实现水体下安全开采的关键。针对“浅埋深、薄基岩、坚硬顶板”河流下压覆煤炭资源的问题，采用数值模拟的方法，计算了巷柱式和房柱式等部分开采的覆岩破坏高度，并从防水煤岩柱留设、岩梁极限跨度以及煤柱稳定性3个方面论述河流下部分开采的可行性。研究结果表明，部分开采能够很好地控制覆岩破坏高度，煤岩柱厚度基本满足留设防水安全煤岩柱要求；由于上覆基岩柱中存在厚度大于10 m的粗砂岩，在跨度小于8.53 m的情况下可以支撑上覆岩层；设计煤柱安全系数为1.28～1.81，均满足要求。采用采6 m、留6 m的巷柱（窄条带）式开采是最佳方案，面积采出率为50%，按总采出率45%计算，可解放河流压覆区域约52万t煤炭。