浅埋深高瓦斯工作面瓦斯抽放对采空区自燃“三带”的影响研究

以五虎山煤矿010908工作面为背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测等手段对浅埋深高瓦斯工作面瓦斯抽放对采空区自燃"三带"影响进行研究。研究结果表明:当瓦斯绝对涌出量与采空区漏风量处于均衡状态时,此时瓦斯对煤自燃将出现明显的耦合影响;当采空区漏风量小于瓦斯绝对涌出量时,采空区遗煤自燃将受到阻碍;与之相反,当漏风量大于瓦斯涌出量时,采空区遗煤自燃受瓦斯涌出量的影响较小;高位钻孔与工作面距离越远,采空区内部的漏风路径也越长,采空区氧化带、窒息带所处的区域越向采空区深部扩大,但靠近工作面一侧的氧化带范围并没有出现明显变化。     

注氮条件下瓦斯抽采对采空区自燃“三带”的影响

为了解决高抽巷抽采引起采空区漏风量增加导致采空区遗煤自燃倾向增大的问题,针对正行煤矿1502综放工作面开采具有高瓦斯易自燃的特点,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,通过Fluent软件模拟了采空区未采取注氮和抽采措施、高抽巷抽采和注氮条件下高抽巷抽采等3种情况的采空区瓦斯浓度场、漏风场、氧气浓度场的变化情况,得出了采空区自燃"三带"分布范围:散热带0~23 m,氧化带23~69 m,大于69 m为窒息带;将采空区自燃危险性区域确定为23~69 m。根据以上结果,对注氮效果、抽采负压进行评价,完善了采空区在注氮条件下高抽巷抽采防灭火系统。     

高抽巷抽放条件下综放工作面采空区自燃危险区域划分

基于高抽巷在有效解决高瓦斯综放工作面瓦斯易超限问题的同时,造成工作面采空区上覆煤岩破碎区与高抽巷之间形成漏风通道,引起采空区"三带"尤其是氧化升温带的迁移,使采空区自然发火变得更加严重的问题,通过现场实测分析选用氧气浓度作为主要指标、温度和CO浓度作为辅助指标,划分了高位抽放条件下采空区的"氧化升温带"的范围,确定了采空区自燃危险区域及预防采空区遗煤自燃的工作面极限推进速度。     

孤岛综放面采空区自燃“三带”实测与数值模拟

根据国阳二矿80509孤岛综放工作面的地质条件,通过现场实测与数值模拟,探究采空区自燃"三带"分布,掌握采空区煤自燃的情况,及时发现采空区遗煤自燃发火的危险,分析采空区遗煤自燃的3个特征(采空区漏风强度、氧气浓度和温度)及采空区自然发火的危险性,为制定防灭火技术措施提供准确的数据支持和理论依据.     

顶板巷抽采量对采空区遗煤氧化区域的扰动效应

顶板巷瓦斯抽采作为一种常用的采空区瓦斯抽采技术手段,在有效治理工作面瓦斯超限问题的同时可能诱导采空区遗煤自燃的发生。为了深入分析顶板巷抽采量对采空区遗煤氧化的扰动效应,本文根据义马耿村煤矿13190工作面的工程条件,建立了同尺寸物理模型并求解了采空区漏风流场和氧气浓度场。结合现场实测数据,在验证模拟可靠性的基础上,以工作面向采空区漏风量的大小、采空区氧化区域的宽度、深度和面积为指标,探讨了顶板巷抽采量变化采空区遗煤氧化的扰动效应。研究结果表明:① 随着顶板巷抽采量的增加,工作面向采空区的漏风区域和漏风量逐渐增大;② 随着顶板巷抽采量的增加,采空区遗煤氧化区域的边界向采空区深部移动,氧化区域的宽度和面积逐渐增大;③ 鉴于顶板巷抽采量对采空区漏风量和氧化区域的扰动效应,应合理设置顶板巷抽采量的大小,以达到瓦斯与煤自燃灾害协调防治的目的。     

高瓦斯易自燃采空区瓦斯与煤自燃耦合模拟研究

以高瓦斯易自燃111811综采工作面采空区为对象,研究了无抽采和瓦斯立体抽采条件下采空区瓦斯抽采治理效果及与浮煤自燃的耦合影响。通过建立理论模型,结合现场观测,计算得出了分段渗透率范围并建立了采空区渗透率三维控制方程。模拟结果表明:无抽采条件下,采空区瓦斯积聚严重,在可能自燃带范围内存在瓦斯与煤自燃共生致灾危险区,必须加以处置;而在采用了采空区留管及高抽巷等瓦斯立体抽采措施后,有效治理了采空区瓦斯积聚问题,抽采负压4.5 k Pa时,上隅角处的瓦斯体积分数降至0.5%,满足要求;可能自燃带范围内的瓦斯体积分数下降至0.48%~4.69%,有效消除了瓦斯与煤自燃共生致灾危险,保障了安全生产。但瓦斯抽采作用会造成采空区漏风量增大,可能自燃带范围扩大,采空区自然发火危险性有所增加,应加强观测。     

高瓦斯易自燃煤层采空区抽采瓦斯方法对比分析

为了研究高瓦斯易自燃煤层采空区瓦斯与火灾复合灾害共存的情况下抽采瓦斯对采空区遗煤自然发火的影响,以彬长矿区文家坡煤矿高瓦斯易自燃的首采4101工作面为研究对象,利用ANSYS三维可视化数值模拟软件,建立了采空区漏风流场的数值模型,定量对比研究了高位钻孔抽采、邻近巷抽采和埋管抽采3种不同抽采瓦斯方法下采空区瓦斯浓度分布、采空区漏风流场以及采空区"三带"宽度范围变化的差异性。研究结果表明:采用高位钻孔抽采方法时采空区漏风流场和自燃带宽度范围在采空区深部30 m范围内的影响和变化都相对较小,能够有效的减少采空区瓦斯与火灾复合灾害的发生,从而对工作面的安全高效回采提供保障。     

采空区漏风状况模拟及其分析

通过建立综放采空区三维自然发火预测模型,采用数值模拟软件对高瓦斯煤层抽放条件下综放采空区漏风状况进行了数值模拟,利用模拟结果对采空区进行了煤自燃"三带"的划分,并分析了该工作面采空区浮煤自燃的危险区域及危险程度,可用来指导具有类似情况的采空区浮煤自燃火灾的防治工作。     

远距离抽采条件下采空区煤自燃区域分布规律

针对塔山煤矿8204-2工作面上方地形复杂、只能在回采起点集中布置钻孔抽采瓦斯的特殊情况,利用数值模拟软件研究分析回采期间不同回采长度和不同注氮量下采空区氧气摩尔浓度分布情况,确定该特殊情况下采空区自燃"三带"和煤自燃危险区域。结果表明:远距离抽采瓦斯使煤自燃危险区域变大;随着回采长度的增长,自燃带逐渐变宽;当回采长度为50 m时,自燃带宽度增宽速率突然变大,进风侧自燃带变宽幅度与回采长度变长幅度比例比回采长度为30~50 m时高出180%,回风侧相应宽度则高出140%,遗煤自燃危险性变大;注氮可大幅度减小采空区煤自燃危险区域。     

底抽巷对上覆工作面采空区“三带”影响及防治技术研究

底抽巷导致上覆工作面采空区漏风,增加了采空区煤自燃危险性。通过示踪气体测试工作面漏风通道,确定了漏风通道的分布规律,其中底抽巷为主要外部漏风源,采空区为主要漏风汇。对封堵漏风通道前后的采空区煤自燃"三带"进行测定,结果表明,外部漏风使采空区形成局部高氧区;封堵后,局部高氧区消失,漏风带和氧化带范围也显著减小。     

金佳矿采空区瓦斯运移与煤自燃规律研究与实践

针对煤矿抽放采空区瓦斯和减少漏风防止采空区煤氧化自燃的矛盾,研究了开采过程中采空区瓦斯运移及遗煤氧化自燃规律。采用全面布点的方法测量工作面采空区气体成分和浓度,分析得出瓦斯运移规律和"三带冶情况;根据所得数据和分析结果,建立模型并应用FLUENT对采空区瓦斯分布状态和漏风情况进行数值模拟,得到渐变供风量下的可能自燃带范围和瓦斯涌出的变化规律,并据此得到同时满足防止瓦斯浓度超限和煤自燃要求的安全风量。     

地面钻井抽采对采空区自燃危险区域影响研究

为研究地面钻井抽采对采空区煤自燃危险区域的影响,以某矿综采工作面为研究背景,现场利用束管监测系统和SF₆示踪气体,测定了采空区遗煤自燃危险区域和采空区漏风情况,并通过数值模拟研究了有无地面钻井情况下采空区自燃危险区域分布和地面钻井不同抽采量对采空区氧气浓度分布的影响。研究结果表明,采空区氧化带最大宽度为72.2 m,计算得出每日最小推进度为1.08 m;通过示踪气体测定风巷测点与地面钻井测点SF₆最大浓度之比为8∶1。数值模拟结果显示,地面钻井抽采使得采空区自燃危险区域范围增加,并且随着抽采量的增加,自燃危险区域随之扩大。     

采空区漏风对煤自燃危险性的影响

为了了解潞安温庄煤矿采空区漏风量的增加对采空区煤自燃的影响,进行了采空区自燃"三带"的测定,根据O2浓度和CO浓度的变化趋势,分析了采空区煤炭自燃危险性的变化。结果表明:温庄煤矿采空区漏风量的增加导致自燃"三带"的宽度变大,但煤自燃的危险性降低。     

急倾斜薄煤层采空区煤自燃和瓦斯爆炸危险区域分布特征

为提高急倾斜煤层伪斜开采条件下瓦斯与煤自燃综合防治效果,基于煤自燃"三带"划分标准和瓦斯爆炸三角形,建立采空区自燃"三带"分布的数学模型,利用COMSOL Multiphysics5.2模拟软件,对东林煤矿3409工作面采空区孔隙率、气体浓度、温度等参数进行模拟分析。结果表明:采空区上部孔隙率较大,下部除回风巷道边缘处较大外,其他区域孔隙率相对较低;氧气浓度结合漏风速度共同划分氧化带范围为:在进风侧氧化带宽23.2 m,在回风侧宽37.6 m,高温区域主要集中在回风侧、采空区的下部距离工作面较近区域;采空区上部瓦斯浓度相对较低,下部瓦斯浓度相对较高;瓦斯爆炸危险区域为中间工作面支架处区域范围为爆炸危险区域。     

注氮条件下不同抽采负压对采空区氧化宽度影响

针对正行煤矿1502综放工作面开采具有高瓦斯易自燃的特点,现场进行采空区"三带"测试,并对测试数据进行分析.运用气体渗流理论通过FLUENT6.3模拟了注氮的同时改变高抽巷抽采负压情况下采空区瓦斯浓度场、漏风场、氧气浓度场.通过FLUENT模拟技术,观察高抽巷不同抽采负压与回风巷上隅角瓦斯浓度大小之间的关系,并建立这种关系的拟合方程,计算出回风巷上隅角瓦斯浓度不超限时的最低抽采负压.根据模拟的注氮条件下不同负压抽采时漏风场和氧浓度场等值线图绘制出采空区自燃"三带"的划分图.得到了不同抽采负压与自燃带宽度之间的关系,并将这种线性关系拟合成方程,从而确定了高抽巷抽采负压的最佳范围,既可以预防上隅角瓦斯超限,又防止了采空区遗煤自燃事故的发生.     

“U+L”型通风工作面瓦斯抽采对采空区自燃危险区域影响研究

为了掌握"U+L"型通风工作面自燃危险区域分布情况,更好地协调工作面瓦斯抽采与防灭火工作,采用现场试验的方式对典型工作面进行试验研究。试验在工作面采空区回风侧每隔30 m设置1个束管取样口和1个测温装置,各测点随着工作面的推进,连续测试采空区气体成分及温度数据;通过调整瓦斯抽采方式,测试采空区自燃危险区域分布情况。结果表明:"U+L"型通风配合瓦斯抽采能很好地解决工作面瓦斯超限问题,但会造成严重的采空区漏风;通过取消不合理的瓦斯抽采手段,能够保证工作面瓦斯抽采满足安全生产要求的同时明显缩小采空区自燃危险区域,降低采空区自然发火危险。     

高抽巷抽采对煤自燃带影响的理论分析

为研究高位巷道瓦斯抽采对煤自燃三带分布的影响,从理论方面分析高位巷道瓦斯抽采条件下,漏风通道的形成机理及其漏风动力来源,高位巷道与采动裂隙带相互贯通形成立体漏风通道,负压抽采及内生火风压联合作用产生漏风动力.推导出高位巷道负压值与采空区深度x处漏风比流量的关系式,分析表明高位巷抽采会增大进风侧自燃带的宽度,缩小回风侧自...     

顶板长钻孔替代高抽巷抽采控瓦斯与采空区注氮防火耦合治理研究

高瓦斯矿井易自燃煤层,工作面受上隅角瓦斯超限与采空区遗煤自燃双重威胁。为解决高抽巷抽采瓦斯导致采空区氧化带面积变大、增大遗煤自燃危险性的问题,以顶板长钻孔替代高抽巷,配合进风巷侧注氮,通过对长钻孔参数与注氮参数的优化,进行防火与控瓦斯耦合治理的研究。以中兴煤业1401工作面实测数据结合ANSYS数值模拟,研究了长钻孔数量、位置对工作面上隅角瓦斯的影响规律,获得以5个直径300mm、距回风巷10m、距煤层底板15m的顶板长钻孔替代高抽巷的最优方案。在此基础上,为保障对采空区遗煤自燃的有效控制,研究了注氮量与注氮位置对采空区氧化带分布的影响规律,获得在进风巷侧氧化带与散热带分界位置注入5.5m3/min的氮气,将采空区氧化带宽度降至25m的优选结果。通过对上隅角瓦斯与采空区遗煤自燃的综合控制,保证了工作面的安全生产。     

东荣三矿综一轻放面自燃危险性预测

通过对东荣三矿综一轻放面现场观测,得到采空区浮煤厚度分布规律、氧浓度分布规律及工作面推进速度规律。根据现场观测数据、煤层自燃极限参数以及工作面实际条件,确定了采空区“三带”的范围,结合所采煤层的自然发火期,得到了采空区遗煤不发生自燃的极限推进速度,以此来构建危险区域判定的充分条件和预测采空区遗煤自燃危险性,进而指导放顶煤工作面采空区遗煤的自燃防灭火工作。     

高瓦斯易自燃煤层高抽巷瓦斯抽采与浮煤自燃耦合研究

运用FLUENT数值模拟方法对采空区三维耦合场进行研究,简要概括FLUENT流体数值模拟软件基本理论,通过对FLUENT进行自行编程,利用开发模型对杉木树煤矿N3062工作面采空区三位耦合场进行模拟分析,得到漏风流场分布规律。通过理论分析,确定散热带与自燃带分界线处氧浓度降低值,进而准确判定高瓦斯易自燃煤层采空区"自燃带"范围,并通过预先铺设在采空区中的光纤测温系统进一步判定采空区"自燃带"范围。利用实测采空区"自燃带"范围验证数值模拟采空区流场分布准确性,进一步对不同高抽负压条件下采空区自燃带宽度进行模拟,并结合现场实测不同高抽负压条件下回风巷瓦斯浓度及瓦斯抽采率的变化,确定最佳高抽负压范围。最后,采空区三维耦合场数值模拟结果也表明自燃"三带"呈现立体分布,在紧邻支架后部上方位置存在一个自燃发火危险区域。