沿空掘巷工作面停采期煤自燃防治技术

为有效防治沿空掘巷工作面回采期间煤自燃,在实验室测试并分析了32煤层自燃指标气体及临界值;采用UDEC软件对沿空掘巷遗留小煤柱的稳定性进行了分析,得出煤柱受到的最大垂直应力为12 MPa,垂直方向和水平方向最大位移分别为2.076、0.547 l m;采用Fluent软件分析了受压小煤柱易自燃区域情况,得出小煤柱采空区侧方向25 ～ 75 m属于自燃氧化带的范围.根据分析结果采取了降低风量、指标气体监测点优化及安全预警临界值量化、采空区和小煤柱易自燃区域内埋管注三相泡沫为一体的煤炭自燃防治措施,工作面停采半年期间其上隅角支架后CO体积分数稳定在20×10-6左右,O2体积分数保持在18％,取得了较好的自燃防治效果.     

黄白茨矿采空区自燃危险区域“三位一体”预测应用

运用采空区束管监测,得出采空区自燃危险区域指标气体分布情况及流场气体运移规律。在此基础上对工作面采空区气体流场进行三维稳态数学建模,确定了采空区氧体积分数分布及自燃危险区域范围,同时应用同位素测氡技术探测地表氡异常区域进行验证,形成井下监测-计算机模拟-地表验证“三位一体”的采空区自燃危险区域预测的理论体系。将此方法成功应用于黄白茨矿1293工作面采空区,结果表明在当前工作面通风和回采进度条件下,采空区氧气带呈不规则“O”型分布,采空区煤自燃危险区域(氧气体积分数10%～15%)呈“U”型分布在距离工作面进风巷100～450 m,回风巷70～250 m,中部距离工作面50～140 m处。研究成果为采空区煤自燃区域精准探测提供了借鉴。     

基于CFD的小回沟煤矿采空区自燃带分布研究

以CFD模型为基础,利用Fluent软件平台对小回沟2201工作面采空区自燃带分布进行模拟分析。模拟结果表明:小回沟煤矿2201工作面在正常通风量条件下,进风侧采空区自燃带危险区域范围为56~180 m,回风侧采空区自燃带危险区域范围为26~140 m;采空区自燃带深部转移速度、自燃带宽度均随着工作面通风量的增加呈指数函数增大;工作面回采期间在保证安全需风量的情况下,尽量减少工作面的配风量,进而减小自燃带的宽度,有利于采空区防灭火工作。     

官地矿28412工作面采空区综合防灭火技术

针对官地矿28412工作面采用无煤柱开采技术,沿空留巷过程中采空区易漏风供氧,造成采空区遗煤自燃安全事故,采用了堵漏风、灌浆、"三位一体"预测预报等综合防灭火技术。综合防灭火技术的应用将工作面危险区域沿空侧CO浓度均控制在15 ppm以下,有效消除了采空区遗煤自燃事故的发生,为实现28412无煤柱工作面安全开采提供了保障。     

复合采空区遗煤自燃极限参数变化及危险区域判定

特厚煤层采用分层综放开采时,上分层遗煤易发生二次氧化,致使煤自燃预防和治理的难度加大。为了准确判定下沟矿ZF1801工作面上、下分层采空区遗煤自燃危险区域,通过程序升温实验分析4#煤层煤的自燃极限参数,并根据气体监测数据判定采空区遗煤自燃危险区域。研究结果表明:4#煤层煤的耗氧速率和放热强度随温度的变化均符合高斯型函数关系;随遗煤厚度的增加,下限氧气体积分数逐渐降低,而上限漏风强度逐渐升高;当遗煤厚度一定,温度达到90℃时二者的极限参数最低;遗煤自燃危险区域在ZF1801工作面下分层采空区回风侧20～125 m、宽105 m,在上分层回风巷、进风巷侧0～40 m、宽40 m;当ZF1801工作面推进速度低于2.34 m/d且停采28 d以上时,采空区存在自燃危险。研究结果可为下分层综放工作面末采期间采空区自燃危险区域判定提供参考。     

“两进一回”通风工作面采空区煤自燃区域分布规律

为研究"两进一回"通风工作面采空区煤自燃区域分布规律,模拟分析了塔山煤矿8301工作面回采期间不同工况下采空区氧气浓度,确定了煤自燃危险区域并提出相应防灭火措施。结果表明:"两进一回"通风工作面采空区煤自燃危险区域较大,自燃带在回采长度为150 m时达到96 m;注氮可大幅度改变采空区内自燃"三带"分布,减小采空区煤自燃危险区域。针对"两进一回"通风工作面,应考虑在采空区两侧注氮;增加风量可使自燃带边界向采空区深部延伸,且加大其前端距工作面的距离。     

基于多参量的采空区煤自燃危险区域划分方法研究

工作面采空区漏风强度、浮煤厚度、氧气体积分数等多个因素共同影响采空区内的煤自燃危险区域分布范围。以王家山煤矿中二202工作面为研究对象,采用公斤级煤自然发火试验装置,测定煤样放热强度、耗氧速率等自燃特性参数,结合理论公式计算采空区危险区域划分参数的阈值(浮煤厚度、氧气体积分数、漏风强度、最短发火期、耗氧速率)。综合关键参量,构建了采空区煤自燃危险区域的划分方法。通过现场束管检测分析和Fluent流体模拟技术,观察采空区内氧气浓度场、气流场的分布规律,确定了王家山煤矿大倾角工作面采空区煤自燃"三带"及工作面每日最小安全推进度。研究成果对现场防灭火工作具有一定的指导意义。     

基于裂隙发育规律的多重采空区危险范围研究

为准确划分浅埋深煤层群多重采空区煤自燃危险范围,从而采取有效防治措施,基于多孔介质渗流方程和氧气体积分数平衡方程,利用颗粒流离散元软件PFC建立数学模型,进行重复开采影响下裂隙通道发育规律研究。结果表明：采空区内侧20 m区域内,裂隙数量占比78%;采空区上方大孔隙率区域沿回采方向持续移动,细长特征得以保持,回采线、采空区后方及上方孔隙率较大。根据计算结果和工作面回采程序,1203工作面采空区危险范围划分为严重漏风危险区、一般漏风危险区、弱漏风危险区和难漏风危险区。     

基于TDLAS的采空区煤自燃临界氧气体积分数与“三带”测定研究

为了研究高瓦斯矿井厚煤层工作面煤自然发火规律,以亭南煤矿4号煤层302工作面为研究对象,基于程序升温实验和分布式激光检测气体系统的方法,对煤自燃氧化特征、临界氧气体积分数及采空区自燃"三带"规律进行分析,得到高瓦斯矿井自燃"三带"特性。结果表明:亭南煤矿4号煤层下限氧气体积分数为8.0%,气体产物随氧含量降低总体呈现"滞后效应";采空区氧化带在倾向上是不对称的,进风侧较宽,最大宽度为95 m;回风侧较窄,为77 m,与1~#～4~#煤矿采空区"三带"相比,302工作面采空区散热带宽度较大回风侧相对较小,进回风侧氧化升温带最大宽度相对较小;在正常回采期间,煤自燃的主要威胁来自于采空区"两道"处浮煤。     

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。     

近距离煤层群开采自燃危险区域划分及自燃预测

通过数值方法求解复合煤层采空区渗流、扩散和化学反应耦合的三维稳态数学模型,得到常温下采空区氧浓度及渗流速度场的分布.结合大型煤自然发火实验得到的煤自燃的下限氧浓度、上限漏风强度、极限浮煤厚度等参数及煤的实验自然发火期,划分出开采下部煤层时上部煤层煤柱及采空区自燃危险区域,再结合工作面推进速度,预测自然发火期.采用这种方法对东荣二矿采煤工作面顶部煤层煤柱进行自燃预测,得到进风侧的煤柱氧化升温区在距离工作面50~140 m处,回风侧在距离工作面50~85 m处,工作面推进速度大于1.6 m/d时,煤柱无自燃危险,工作面停止推进但正常通风38 d后,煤柱进风侧将首先发生自燃.     

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。     

沿空停采线胶体防灭火技术的应用

杨村煤矿315综放工作面轨道顺槽地质条件复杂,工作面掘进沿3个综放工作面停采线施工,煤柱厚度5～6m,沿空侧停采线遗留大量煤炭,为保证工作面安全回采,对沿空侧采取有效防灭火措施和检测分析,保证了工作面正常掘进,杜绝了通风、自燃发火事故。     

浅埋深煤层采空区自燃危险区判定及防治技术

浅埋深煤层工作面在开采过程中受采动影响更易产生与地面连通的裂隙，从而导致采空区漏风供氧增加、遗煤自然发火隐患增大。为尝试解决这一问题，以李家塔煤矿2号煤层首采1201工作面为研究对象，现场实测了工作面通风参数、采空区内进、回风两侧氧气体积分数的变化规律；CFD仿真模拟了不同供风量下采空区内部自燃危险区域的分布特征；并在此基础上提出了氧化区惰化降温、漏风区域控风堵漏、覆盖遗煤阻隔煤氧化反应“三位一体”的采空区遗煤自燃综合防灭火技术措施。结果表明：1201工作面采空区自燃危险分布范围为：进风侧86～222m，回风侧54～156 m。     

大倾角综放面采空区自燃“三带”分布规律研究

为研究大倾角综放工作面采空区自燃"三带"分布规律,首先建立了采空区流场的数学物理模型,然后利用Fluent对采空区自燃"三带"分布进行了模拟,并分析了不同风量对采空区自燃"三带"范围的影响。结果表明:采空区自燃"三带"具有三维空间分布特性;进、回风侧氧气浓度下降趋势不同,且进风侧自燃危险区域靠近采空区中后部,回风侧自燃危险区域紧靠工作面上隅角;单一改变风量大小对氧化带宽度的变化影响较小。     

缓斜煤层下行通风采空区自燃危险区域预测模型

为分析不同自燃特性缓倾斜煤层工作面下行通风时采空区内具有自燃危险可能的区域的分布特征，建立了倾斜采空区的渗流模型，依据该模型利用CFD仿真得到了不同火源时（模拟采空区遗煤不同的自燃性强弱）下行通风采空区内氧气和温度场的分布特征；结合保德煤矿81309工作面现场观测的采空区不同区域的O2体积分数的数据对仿真结果进行验证。结果表明：随着设置的热源强度（采空区遗煤自燃倾向性）的提高，采空区火风压作用增强，下行通风时的采空区内进、回风侧氧化带宽度差值在逐渐减小。实测得出的进、回风侧及工作面中部对应的采空区内窒息带临界位置分别距工作面200、290、175 m，与火源功率65 W/m2时的仿真结果较为吻合，表明所建立的模型较为准确，可用于倾斜易自燃煤层工作面自燃分布的研究。     

遗煤连续耗氧下供风量对采空区自燃的影响

为提高矿井防治采空区遗煤自燃的能力,文章探究了不同供风量对自燃危险性及最低安全推进速度的影响。以雁南矿I0130101综放工作面为研究对象,由束管监测得到采空区气体体积分数参数,通过封闭耗氧实验测得采空区遗煤不同氧气体积分数下连续的耗氧速度,分析确定其窒息(临界)氧气体积分数。利用FLUENT软件通过编写采空区遗煤耗氧速率的UDF控制程序,对该采空区流场进行不同风量的仿真模拟,得到不同的自燃氧化带宽度。结果表明：工作面风量1 200 m³/min时(实际风量),自燃氧化带宽度120 m,最低安全推进速度2.60 m/d,采空区自燃危险程度低;随着工作面供风量的增加,该工作面采空区自燃氧化带的边界向采空区深部移动且宽度增大、最低安全推进速度也逐渐加大,与风量近似呈现出线性关系,自燃危险程度增加。     

综放开采沿空掘巷小煤柱宽度留设及支护技术研究

为合理确定区段小煤柱宽度及沿空巷道支护方式,以阳泉五矿8407综放工作面为例,基于采空侧基本顶断裂力学模型及围岩极限平衡理论,理论计算了合理煤柱宽度的上下限值,采用钻孔应力监测方法,对回采过程中煤柱内部应力分布进行了实测,进而确定沿空巷道支护参数。研究结果表明:沿空掘巷小煤柱宽度合理范围为9.03~11.80 m,取10 m为宜,煤柱侧0~3 m范围煤体发生塑形破坏、3~6 m范围为弹性核区、6~10 m范围靠近8409采空区承载能力弱,因而在8407回风巷掘巷期间采用锚杆+长短锚索一次支护,回采期间对煤柱帮进行3 m钻孔注浆加固二次支护,现场实测数据显示,8407回风巷沿空掘进期间围岩变形量较小,回采期间顶板、注浆加固煤柱帮、实体煤帮最大变形量分别为0.20、0.05、1.00 m,围岩变形处于可控范围,实现了综放工作面安全高效回采。     

张集煤矿1301综放面采空区气体场分布规律研究

为确定张集煤矿1301综放面采空区遗煤自燃风险范围，采用经孔隙度优化的数值模拟与现场实测相结合的方法，研究了该综放面采空区自燃“三带”分布规律以及CH₄在采空区内部的分布特点，确定了该综放面采空区煤自燃危险区域，明确了工作面的最小安全推进速度。结果表明：采空区CH₄体积分数随工作面走向距离的增加呈整体上升趋势；但在采空区中部沿走向存在20～80 m的相对稳定区；O₂体积分数随采空区深度的增加呈明显下降趋势，进、回风侧采空区氧化带范围分别为44.8～76.8 m、27.6～51.3 m.为了防止1301综放面采空区遗煤自燃，在不采取其他防火技术措施的情况下，应确保综放面推进速度大于1.43 m/d.     

高瓦斯综放工作面采空区自燃危险区域分析

通过沿综放工作面全长埋管布点测定的方法,对采空区气体进行监测,得出下沟煤矿ZF4403工作面采空区氧气分布,并推算出采空区漏风强度和浮煤厚度;再结合采空区自燃危险区域判定理论和下沟煤矿ZF4403工作面煤样自然发火实验测定的煤自燃极限参数,确定ZF4403工作面采空区自燃危险区域和工作面最小安全推进速度,从而为高瓦斯综放工作面的防灭火工作提供科学依据。