超长综采工作面撤架期间煤自燃预测及防控技术研究

为治理济宁二号井9303超长综采工作面撤架周期长、采空区遗煤量大、存在漏风等问题导致的采空区煤自燃,基于数学建模、程序升温试验、现场原位监测相结合的方式,研究了适合超长工作面撤架期间煤自燃预测与防控一体的综合防治技术。根据已有的对推采期间上隅角CO预测研究与现场条件推演停采撤架期间上隅角CO浓度数学模型;通过程序升温-色谱分析试验获得采空区遗煤氧化升温过程中CO与C_2H_4的生成规律;依据煤自燃危险区域判定理论对采空区自燃"三带"分布进行现场观测,通过上隅角CO浓度预测数学模型、采空区束管监测数据以及工作面参数计算得到上隅角CO预测浓度,判断采空区遗煤自然发火危险性;最后结合预测结果、工作面发火特点以及煤自燃防治工作经验,提出封堵减漏、惰化降温等防控措施。结果表明:遗煤氧化升温的临界温度为60～80℃、干裂温度为110～130℃、采空区遗煤氧化升温标志气体随温度变化呈类指数增长;常温、临界温度、干裂温度三个特征温度对应的上隅角CO体积分数预测范围分别为:≤36.30×10~(-6)、(410.02～1 758.05)×10~(-6)、(12 264.33～38 197.95)×10~(-6);通过上隅角CO浓度预测与现场监测值对比分析,成功预测了停采撤架期间采空区煤自燃程度,所提出的针对性防控措施成功消除了煤自燃隐患,保证了撤架工作的顺利进行。     

近距离煤层复合采空区超前导流钻孔合理抽采流量数值模拟

为研究超前导流钻孔抽采量对复合采空区瓦斯及氧气浓度分布规律的影响,运用ANSYS数值模拟软件,建立复合采空区建立三维数学模型并进行了数值模拟。结果表明:超前导流钻孔合理抽采量范围为57~68 m~3/min,此抽采量下上隅角CO浓度控制在12×10-6之内,81004工作面、上隅角、回风巷最大瓦斯浓度均控制在0.8%以内,保证工作面安全高效的回采。     

均压防灭火技术在千米井深矿井应用

为解决平煤股份十二矿己_(16-17)-17120工作面撤架期间,顶板冒落造成通风系统不稳定、采空区浮煤出现自燃倾向引发回风流,上隅角CO超限问题。通过构筑临时控风设施,利用均压防灭火技术,控制CO涌出。撤架期间:架间CO最大值由112×10~(-6)减小到45×10~(-6),上隅角CO由峰值35×10~(-6)减小到0,明显抑制CO涌出。均压防灭火技术的使用,有效抑制采空区遗煤的自然发火倾向,架间CO涌出量减小了近2.5倍,监测上隅角和回风流CO浓度更是有明显减小。均压防灭火技术,便捷经济,为采面支架回撤,争取了充分的时间。     

察哈素煤矿煤常温下氧化CO产生规律研究及控制技术

针对察哈素煤矿综采工作面正常回采期间上隅角频繁出现CO超限问题,通过选取察哈素主采的2号和3号煤层进行煤常温氧化实验,研究分析工作面CO来源及产生规律。通过实验得出工作面回采期间采空区内遗落的煤炭发生氧化产生的CO是工作面上隅角CO的主要来源,工作面采空区遗煤氧化产生的CO量与采空区漏风量及采空区内遗煤量等有直接关系。为此,针对性地提出了减少工作面采空区漏风、上隅角埋管抽放措施及加强CO气体监测监控的措施。现场应用结果表明,采取CO控制措施后,上隅角内的CO浓度处于15×10^-6～20×10^-6,回风巷内的CO浓度处于15×10^-6～25×10^-6,工作面回采期间未发生CO超限现象,为类似条件下综采工作面采空区CO治理及控制提供了参考,具有较大推广应用价值。     

突出煤层岩浆岩顶板综采工作面瓦斯治理

通过105综采工作面初采强制放顶、沿空留巷、采空区上隅角埋管抽采、煤层深孔预裂与注水、辅助孔抽采等综合措施的实践,有效地控制了采空区的顶板冒落充填、上隅角及回风流瓦斯浓度,为类似条件下瓦斯治理及综采工作面回采提供了经验。     

谢桥矿1242(3)大采高超长工作面收作期间综合防火技术

针对谢桥矿1242(3)工作面收作拆除时间超长以及架后留有大量遗煤等特殊情况,从煤层自然发火条件出发,分析了1242(3)工作面收作期间发生遗煤自燃的原因,并根据现场实际情况,采取了喷注LFM隔绝采空区漏风技术、顶板钻孔采空区全覆盖注浆防火技术、上隅角埋管注浆防火技术、注液态CO_2以及注氮等综合防灭火技术。实践效果表明,采空区CO体积分数有效地控制在20×10~(-6),有效地保障了工作面的顺利拆除封闭。     

超长工作面过联络巷期间自燃防治技术

为解决沙吉海煤矿B1003W01工作面过联络巷期间可能面临采空区遗煤氧化自燃和三角煤体破碎后易吸氧升温形成异常高温点等问题,在工作面过联络巷之前,通过调整通风系统和过联络巷期间采取加强自然发火预测预报、采空区全断面注氮和压注三相泡沫、煤体打钻注水及高分子复合胶体封堵漏风通道等综合防灭火技术措施来抑制采空区遗煤氧化自燃。实施措施效果表明:在过联络巷2个月期间,采空区内束管检测数据显示均为正常,采空区CO体积分数最高为43×10~(-6),上隅角CO体积分数最高为36×10~(-6),联络巷内温度最高为35℃,采空区未发现高温异常点,工作面安全推过联络巷。     

蒋家河矿ZF201综放工作面防灭火技术与应用

蒋家河ZF201综放工作面自开采以来,采空区CO浓度持续上升,当工作面推进到130 m时,CO浓度已达到463×10-6,工作面有严重的自燃倾向。为了防止ZF201工作面自然发火,通过埋管检测确定了该工作面自然发火区域,进而采用了新型的注氮技术,结合上下隅角设置挡风帘和上隅角注浆综合防灭火措施,使上下隅角及工作面的CO浓度降低到12×10-6以下,并且使采空区的自燃区域转化为惰化区域,成功防止了工作面遗煤自燃,保证了采煤安全,对类似条件下的综放工作面防灭火具有一定的理论意义和实用价值。     

3#煤层自然发火标志气体及临界值确定

为做好综放工作面自然发火分级预警,以主采的3#煤层为研究对象,通过程序升温实验、现场测试及统计分析的方法,优选出煤层的自然发火标志气体和确定得到工作面采空区、回风隅角和回风流中CO指标临界值,并依此建立了工作面煤自然发火分级复合指标预警体系。结果表明:采空区、回风隅角和回风流中CO浓度临界值分别为242×10~(-6)、59.6×10~(-6)和20×10~(-6);各个区域建立绿(Ⅰ级)、蓝(Ⅱ级)、橙(Ⅲ级)和红(Ⅳ级)共4级预警响应。     

耿村煤矿13210综放面撤架期间防灭火技术

耿村煤矿所采2-3煤的自然发火期短,通过分析耿村煤矿13210综放工作面撤架时发火防治的难点,采用控制漏风、采空区注氮、钻孔(高抽巷)注浆等针对性措施,使高抽巷抽放管内的CO浓度控制在60×10-6左右,回风巷回风流CO浓度控制在0,上隅角内CO浓度控制在5×10-6~10×10-6,在长达66 d的撤除过程中无自燃危险,保证了工作面的安全撤除。     

易自燃煤层防火工艺变量对自然发火指标气体的影响

以兴安煤矿四水平南17层二四区二段底板层放顶煤工作面为例,分析了兴安煤矿自然发火指标气体,提出了防火综合防治的思路,研究了防灭火工艺变量及其对自然发火指标气体的影响,通过采取综合防治、最优措施全面破坏煤自燃三角形稳态,并根据指标气体受到作用后的反馈来定义变量中的作用量、方向及时间。现场应用结果表明,经过自然发火指标气体的正、负反馈治理后,工作面回风CO浓度为0,上隅角深部CO浓度为10×10~(-6)~15×10~(-6),后部采空区观测钻孔内CO最大浓度为30×10~(-6),治理效果明显,隐患得以控制并趋于稳定。     

超大直径钻孔采空区瓦斯抽采技术研究

为了降低U型通风采煤工作面上隅角瓦斯浓度,弥补高抽巷层位布置不合理造成的抽采量的不足,节省前期采用Y型通风进行沿空留巷的施工成本,提出了超大直径钻孔(550 mm)采空区瓦斯抽采技术。基于理论分析和现场分析试验,发现超大直径钻孔间距定为15 m或者20 m时抽采效果较为理想。现场应用实践表明:大直径钻孔抽采采空区瓦斯与普通采空区埋管抽采相比,抽采纯量提高了54.9%,抽采瓦斯体积分数提高了1.33倍。和沿空留巷"偏Y型通风"治理瓦斯相比,可使得回风流中的平均瓦斯体积分数降低12.7%,大幅节省了人员的投入。U型通风采煤工作面上隅角的瓦斯浓度得到有效控制,有效取代了上隅角埋管和沿空留巷,大幅提高了煤矿的生产效益。     

综放条件下采空区瓦斯与氮气置换技术研究与应用

针对特厚煤层小煤柱易燃工作面,采掘过程中对邻近采空区造成的类"呼吸作用"及单纯抽采措施易引发遗煤自燃,采空区有害气体外泄易造成上隅角超限的双重安全隐患,结合采空区气体赋存特点与物理特性,提出了地面钻孔抽采及井下注氮区域立体置换技术。实践表明:区域立体置换技术使采空区瓦斯浓度由6%下降到0. 8%,降低了86%,CO浓度由16×10~(-6)下降到6×10~(-6),降低了62%,治理效果明显,为特厚煤层小煤柱易燃工作面安全生产提供了安全保障。     

低瓦斯矿井工作面上隅角瓦斯抽采技术与实践

某低瓦斯矿井11303工作面回采过程中,采用"U"型通风,工作面上隅角瓦斯经常局部超限.经过分析,上隅角瓦斯涌出量主要来源于采空区,采空区瓦斯积聚点主要分布在顶板3~5倍采空范围内的裂隙带中.通过对高抽巷瓦斯抽采、高位钻孔瓦斯抽采、采空区埋管瓦斯抽采、骨架风筒瓦斯抽采等几种瓦斯治理方法的对比分析,结合矿井上隅角瓦斯的来源情况,选择采用高位钻孔抽采瓦斯,能从根本上解决低瓦斯矿井工作面上隅角瓦斯超限问题.     

口泉煤业综放工作面综合防灭火技术

针对口泉煤业8204综放工作面遗煤过多,可能导致采空区自燃这一情况,结合工作面实际条件,确定了标志气体检测,注氮为主、注浆、喷洒阻化剂为辅的综合防灭火技术。通过对煤样分析,确定了8204工作面以CO为标志性气体,C_2H_4为辅助性指标来判断采空区煤层自燃情况;在回采过程中综合运用防灭火措施后,工作面上隅角CO浓度维持在(5~10)×10~(-6),并未监测到C_2H_4的产生,回风流中的CO浓度维持在(0~2)×10~(-6),有效地保证了工作面安全回采。     

高位定向长钻孔抽采技术在上隅角瓦斯治理中的应用

根据象山矿井5#煤层煤系地层赋存条件,分析了采空区瓦斯富集区层位,设计施工5个顶板高位定向长钻孔进行采空区瓦斯抽采治理。现场抽采结果表明:顶板高位定向长钻孔布置层位高度20~22m,水平内错距离0~45m较为合理;通过进行5#煤层顶板定向长钻孔抽采技术应用,工作面日产量大幅提升,而工作面上隅角瓦斯浓度由此前长期维持在0.7%降至0.4%左右,有效遏制了上隅角瓦斯超限事故,实现了取消高位裂隙钻孔和采空区埋管抽采的目标。     

特厚煤层综放工作面回采期间瓦斯抽采效果及分析

针对乌东煤矿5754502工作面回采期间瓦斯治理问题,根据井下实测瓦斯抽采数据对工作面回采期间采空区埋管抽采和顶板走向高位钻孔抽采情况进行分析,结果表明:采取采空区埋管和顶板走向高位钻孔进行瓦斯抽采能明显降低工作面回风巷及上隅角的瓦斯浓度,特别是采空区埋管抽采措施对工作面瓦斯治理效果显著。通过对采空区埋管长度进行分析,得出45#煤层工作面采空区埋管合理深度为10~35 m,建议尽量不要超过35 m,最多不能超过100 m,以利于控制采空区火灾。     

沿空留巷U型通风瓦斯时空分布及治理研究

针对明鑫煤矿沿空留巷单U型通风回采初期回风巷和上隅角瓦斯蓄积问题，建立瓦斯对流和扩散数学方程，构建强耦合物理模型；对通风稳定阶段，上隅角埋管联合高位钻孔抽采和纯风排条件下瓦斯时空分布进行研究，并通过现场实践进行验证。研究结果表明：回采距离为20 m时，采空区流场形成B型和D型复合分布，使工作面瓦斯体积分数出现峰值现象，存在抽采条件下沿空留巷侧采空区2/5区域形成截流影响区，1/7区域形成三角回流区，表明抽采作用可减弱留巷侧采空区流线向上隅角闭合和采空区流线向留巷侧采空区发展的趋势；抽采条件下，上隅角位置采空区走向方向瓦斯体积分数上升起始点较纯风排滞后4.7 m，上隅角瓦斯体积分数峰值和工作面平均值、回风巷平均值分别下降了86%、69%、37.7%。现场实践表明：治理前后回风巷瓦斯体积分数平稳区延长60 m，上隅角与回风巷瓦斯体积分数峰值下降21.7%。     

易燃厚煤层煤柱工作面防灭火技术研究

针对存在老巷及封闭巷道等复杂条件下煤柱区域采煤工作面的防灭火问题,通过在工作面回采巷道掘进期间采取顶板破碎地段充填加固材料,高温点施工防火钻孔注浆降温,过老巷建密闭墙、巷道喷浆、施工防火钻孔等综合防灭火措施,在回采期间采取了采空区注浆注氮、超前切眼防灭火钻孔注水、回风隅角封堵、煤柱区防火钻孔注浆或注水等措施,取得了较好的工作面防灭火效果,实现了综采工作面的高产高效。     

综采工作面瓦斯抽采技术应用

针对高瓦斯煤层综采工作面上隅角与采空区瓦斯积聚问题,以腾晖煤业2-100工作面为研究对象,设计采用低位大直径钻孔抽采、上隅角插管抽采和高位钻孔抽采工艺对工作面进行瓦斯抽放。采用该工艺后,在2-100工作面回采过程中,积聚在上隅角与采空区的游离瓦斯得到有效释放,未出现回风流和上隅角瓦斯超限现象。