忻州窑矿8916综放面采空区自燃性预测

根据忻州窑矿８９１６综放面的采空区现场观测和煤样实验自然发火特性，确定采空区自然发火危险区域，并根据采空区自然发火动态模型，计算出８９１６工作面实际推进剂的采空区温度，氧气浓度分布状况及其随工作面移动的变化，计算结果与实际观测值基本吻合，用此法可随时预测采空区自然发火危险性。     

均压前后采空区自然发火数值模拟研究

通过理论分析,建立了移动坐标下采空区流场、氧浓度场、气体及冒落煤岩温度场的数学模型,利用有限体积法进行耦合求解,模拟了均压前后采空区自然发火情况。结果表明均压能有效地减少采空区漏风,并能人为形成自燃三带,使得高温区由难以治理的两侧巷帮狭长区域集中到工作面附近,显著降低了采空区自然发火的危险。最后,通过工作面风量测定,验证了均压堵漏的效果。     

特厚煤层自燃关键参数现场观测及动态数值模拟研究

根据特厚煤层采空区内遗煤的分布规律，优化布置气体监测测点，根据现场观测结果分析O2分布规律。根据试验工作面物理模型简化得到数值模拟的计算模型，进行了不同工况条件下采空区自然发火动态数值计算，研究了影响煤自然发火至关重要的关键参数，包括煤自燃危险区域内气体随着时间变化的渗流速度分布及O2浓度分布情况、高温火源点变化趋势，以及防止煤自然发火的工作面最小回采速度等。     

综放面采空区瓦斯抽放条件下氧浓度场的CFD模拟

为研究采空区瓦斯抽放条件下自然发火的规律,建立了瓦斯抽放条件下综放面采空区自然发火的CFD模型,采用计算流体动力学技术模拟了该条件下高瓦斯综放工作面采空区氧气浓度的分布,并采用现场实测数据对模型进行了校准和验证,利用模拟结果分析了采空区瓦斯抽放条件下,浮煤自然发火的规律,分析了采空区瓦斯抽放和防灭火之间的关系,提出了瓦斯抽放条件下的防灭火工作技术思路与关键技术。     

Y型通风下采空区瓦斯与自然发火耦合危险区域划分研究

为了准确划分Y型通风下采空区瓦斯与自然发火耦合灾害的范围,防止瓦斯与自然发火灾害事故的发生,以青龙煤矿21606工作面为例,建立了Y型通风下采空区的数值模型,利用COMSOL软件对采空区流场、瓦斯浓度场进行了数值模拟,以采空区漏风流场和瓦斯浓度场分布为依据,对瓦斯与自然发火耦合灾害的区域进行了划分,并通过SF_6示踪实验对模拟结果进行了验证。结果表明,采空区自然发火危险区域自回风侧向进风侧大体呈L型分布;瓦斯积聚区位于采空区深部、上隅角与通风立眼等处;耦合致灾区位于工作面后方20～70m以及通风立眼附近;通过对比分析,SF_6示踪实验的结果与数值模拟的结果基本一致,验证了数值模型的可靠性,为采空区瓦斯与自然发火耦合灾害区域的划分提供了技术支持。     

采空区自然发火三带分布规律及自燃防治技术

通过油浴式煤低温恒温氧化实验得到了马兰矿煤样的低温氧化规律,通过数值模拟测得了该矿采空区的渗透系数分布,建立了移动坐标下的采空区自然发火多物理场耦合时空演化理论数学模型,并结合实验室试验、理论分析、现场测试和数值模拟结果,得出该矿工作面的最小安全推进速度,并制定了该矿采空区自然发火防治措施,确保了工作面的安全、高效生产,取得了一定的经济效益。     

工作面采空区自然发火预测预报试验研究

为了研究工作面采空区自然发火规律及标志性气体,本文利用煤自然发火气体产物模拟试验装置,通过实验研究,得出工作面采空区自然发火预测预报应以CO作为指标性气体,并辅以C_2H_4、C_3H_8和C_2H_2来分析煤的自然发火特性,根据现场实际情况采取行之有效的防灭火措施。     

综放工作面采空区自然发火数值模拟研究

为研究阳煤五矿综放工作面采空区停采状态下的自然发火规律,建立相关的数学模型,对自然发火工作面采空区进行数值模拟,得到了采空区各场的分布规律。模拟结果显示,自然发火工作面采空区压力场在进风侧最大,沿工作面长度逐渐减小;高氧浓度区域主要集中在工作面的进风段,沿着采空区深度逐渐减小;气体温度在回风侧进入采空区深部处为高温区域,工作面采空区自然发火的可能性最高。     

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。     

自燃煤层沿空留巷采空区遗煤自燃规律及防控技术研究

针对沿空留巷情况下采空区遗煤易自燃、发火等问题，以平煤二矿为研究背景，根据沿空留巷采空区特征及工作面通风方式特点，建立采空区自然发火数学模型。对未留巷、留巷未采取防漏风措施及留巷采取措施等情况下采空区自然发火特征进行数值模拟，并在现场进行了工业性试验。研究结果表明：采用沿空留巷技术后增加了采空区漏风量，氧气浓度面积增加，致使采空区内温度升高；依据沿空留巷下采空区自然发火模拟分析，认为在沿空巷道采取漏风措施可降低采空区遗煤自然发火危险性；建立沿空留巷分级防控防灭火技术体系，并在现场进行了应用。为类似条件下沿空留巷采空区遗煤自燃防治提供参考。     

采空区气体微流动场模拟研究

为分析在短期内消除采空区自燃火灾气体对工作面影响,进而确定抽放参数,针对霍州煤电集团回坡底煤矿采空区局部自燃火源点的火灾情况,提出了用地面钻孔抽放采空区自燃火灾气体,使其避免流向工作面的方法。通过XK型煤自然发火试验台及XKS程序升温试验台进行了试验分析,推出煤自燃表面分子结构模型。以多孔介质流体动力学以及能量守恒定律为理论基础,以陶粒为相似模拟材料对采空区气体微流动进行了多孔介质相似模拟以及数值模拟研究。结果表明,示踪气体从工作面流入采空区,最终在采空区深部聚集,且在射流惯性作用下,进风侧聚集明显,回风侧因为卷吸作用,气体浓度较低。     

采空区自燃火区温度场演化规律分析研究

鉴于采空区遗煤自燃环境的封闭、隐藏及动态等特殊性,根据传热学、燃烧学、多孔介质学等基础理论,运用FLAC软件自身携带的热力耦合功能,对石圪节煤矿3#煤层采空区A、B火区温度场进行了理论计算和数值模拟,得出了遗煤厚度是自燃的物质基础,采空区漏风量是自燃的决定因素,燃烧时间是温度场的关键因子,温度场则是自燃的宏观表现。模拟方案中改变遗煤厚度、漏风量等影响因素的参数,得出了火区温度场的时空演变趋势,为下层煤开采设计提供理论参考。     

高位巷道瓦斯抽采诱导浮煤自燃影响效应

基于高瓦斯易自燃煤层高位巷道瓦斯抽采技术条件下,以研究煤自燃形成机理为切入点,依据义马煤业集团耿村矿13190工作面自然发火实际情况,通过理论分析,数学建模及现场辅助测试,对煤岩裂隙发育漏风通道模式、采空区浮煤碎胀特性、漏风动力源展开研究,发现巷道瓦斯抽采,增加了高瓦斯易自燃煤层的自燃风险,主要体现在:1)造成工作面、采空区及抽放巷道端口间存在漏风通道及动力;2)采动应力及抽采巷道松动圈造成采空区煤岩裂隙充分发育,采空区浮煤压实程度降低,浮煤碎胀性增加,有利于煤自燃蓄热;3)采空区浮煤一旦氧化,造成采空区高温点与漏风通道间存在温度梯度,从而形成的内生火风压,加剧采空区破裂浮煤的自燃进程,诱导采空区浮煤自燃发生。     

沿空巷破碎煤体自燃耗氧及升温特征数值模拟

为研究巷道顶煤和煤柱破碎后由漏风引起的自燃耗氧及升温规律,在质量、动量和热量守恒模型的基础上利用FLUENT软件求解了沿空巷周围破碎煤体的稳态氧气分布和温度的动态变化过程。计算结果表明：在煤柱较完整的情况下,顶煤的氧气浓度分布高于煤柱,但二者都具有自然发火的危险。由于散热作用,高温区离二者的漏风边界都有一定的距离,顶煤升温速率较煤柱更快。在改变漏风强度后,高温区位置和范围也会随之改变。此研究结论可以帮助缩小现场火源区的寻找范围,以便及时采取措施抑制自燃。     

采空区石门负压对氧气浓度场影响的动态演变过程研究

为了研究采空区石门负压对采空区氧气场影响的动态演变过程,采用数值模拟方法构建了某矿综采工作面CFD模型并进行二次开发,模拟了瓦斯抽放石门位于采空区不同位置时采空区的氧气场分布。模拟结果表明:当瓦斯抽放石门位于煤自燃"三带"不同位置时,石门负压对采空区氧气浓度场具有不同影响,其中,石门位于散热带和自燃带范围时,石门负压会不同程度减小自燃带宽度,有效缓解采空区防治煤自燃压力;石门位于窒息带范围时,能缩小回风巷一侧自燃带范围,但由于石门负压导致采空区内部负压过高,工作面向采空区内漏风增加,使运输巷一侧自燃带范围急剧扩张,不利于运输巷一侧采空区防灭火工作。最后,将现场实测数据和模拟结果进行对比,证明了模拟结果的正确性。     

基于FEMLAB的采空区煤层自然发火影响因素数值模拟

为了解决采空区煤层气抽采效率低、采空区漏风、煤层自然发火等问题,建立了采空区流场和温度场耦合数学模型,利用FEMLAB软件对采空区气体流场分布进行了数值模拟,分析了有无抽采对采空区煤层气改变氧化升温带的主要影响因素,以此研究合理的抽采位置、抽采方法、抽采量及工作面推进速度。研究发现,在推进度v=2.0 m/d下,采空区经历了缓慢氧化、加剧氧化和激烈氧化3个过程,70 d后发生采空区自燃;在推进度v=2.6 m/d下,采空区在100 d后发生采空区自燃;采空区自燃危险区域应在35~280 m,自燃氧化带宽度约为245 m。     

Numerical simulation of nitrogen injection of goaf in fire prevention based on Finite Volume Method

The numerical simulation is used to research the influence of nitrogen injection on spontaneous combustion in goaf. The spontaneous combustion mathematical model on the coupling of air flow field, oxygen concentration field, and residual coal temperature field was established with nitrogen injection in goaf. Then the software of numerical computation was programmed by Finite Volume Method. Combined with the example, the distributions of air flow field, oxygen concentration field and residual coal temperature field at different nitrogen injection volume were obtained by the software. The results show that the nitrogen injection could effectively prevent the spontaneous combustion fire in goaf and the highest temperature in goaf decreased with the nitrogen injection volume increasing. Finally, the accuracy of the numerical simulation was verified by the temperature observation in field. The achievement of this research is of theoretical and practical significance for the prevention of coal spontaneous combustion in goaf.     

浅埋深近距离煤层综采工作面自燃“三带”研究

通过对采空区现场监测、取样分析，得出进、回风侧氧浓度分布、温度等参数，依据自燃“三带”划分方法对浅埋深近距离煤层工作面采空区自燃“三带”进行了划分，确定了安全推进速度。同时基于COMSOL软件对采空区氧浓度与漏风分布进行了“三带”数值模拟，验证其可靠性。结果显示：由于“两道”漏风的存在，浅埋深工作面采空区进、回风侧自燃氧化升温带较宽。同时，通过对采空区自燃“三带”分布规律进行研究，分析了采空区氧浓度分布规律，掌握了浅埋深近距离煤层工作面采空区“三带”分布特征，对矿井防灭火工作具有重要的指导意义。     

煤层群开采自燃“三带”分布规律及防灭火技术研究

为防止近距离煤层群工作面回采后相邻采空区气流互通引起采空区遗煤自燃，以李家壕煤矿31114综采工作面为工程背景，采用现场实测结合数值模拟的方法，对本煤层进风侧、回风侧及上覆采空区氧浓度分布规律进行测定，依据氧浓度分布规律划定了本煤层采空区自燃“三带”分布范围，并给出了工作面安全回采的最小推进度。同时，利用Fluent软件模拟得到煤层群开采上覆采空区氧浓度分布规律，划定了上覆采空区火灾重点防治区域，该区域位于工作面后方50m范围内的上邻近层工作面遗留煤柱，依据遗留煤柱破碎漏风易发火的特征，提出采用地面封堵、隅角封堵、遗留煤柱注浆相结合的综合防灭火技术。     

采空区自然发火标志性气体在线监测技术应用

为解决采空区自然发火预测预报在准确性、及时性方面存在的问题，通过5种氧气浓度（21%、18%、15%、12%、9%）的煤自然发火程序升温实验，确定了自然发火标志性气体，并利用在线监测系统实时监测采空区标志性气体变化情况，实现了煤自燃的自动预警。根据观测结果，还可以自动得出采空区自燃“三带”变化规律，有助于确保煤矿防灭火工作的安全高效实施。