回采工作面煤自燃气体演化规律及危险区域划分

气体信息特征是解读采空区煤自燃不同状态特性的关键参数,如何在复杂的环境中获取气体变化规律及掌握其内在关联是构建煤自燃防治技术体系的关键。提出了利用小波变换分析工作面不同区域CO和O₂体积分数在不同时间尺度下的演化规律,得到其演化过程、周期性分布以及2种气体之间的相关性等,以评价不同区域对煤自燃的灵敏度和相关性。研究结果表明：工作面CO和O₂体积分数的变化具有多时间尺度效应,且在不同的时间尺度下均体现了一定的周期性,其中,同一区域内2种气体在较高时间尺度下的主周期分布相近,在较小时间尺度下主周期有显著差异。CO和O₂体积分数的小波系数震荡特征体现了气体原始体积分数的波动过程,第一主周期下小波系数拟合方程的初振幅和初相位差反映了不同区域与煤自燃的相关性,其中采空区气体信息对煤自燃的相关度最高,高抽巷的相关度最低;以采空区与煤自燃的相关度为基准,得到采空区、上隅角袋子墙内、上隅角袋子墙外和高抽巷与煤自燃的相对相关度分别为1、0.16、0.12和0.09。根据相关度结合煤自燃“三带”分布,提出了精准划分煤自燃危险区域的构想。     

柳塔煤矿1~(-2)煤层自然发火规律研究

为掌握柳塔煤矿1-2煤层的自然发火规律,实验研究了1-2煤层煤自燃特性基础参数及指标性气体,得出CO可作为1-2煤层煤自燃早期预测预报的指标性气体。现场对12201综采工作面采空区进行煤自燃"三带"测试,分析O2和CO 2种主要气体浓度随时间和推进度变化规律,得到以O2临界浓度为标准划分的1-2煤层煤自燃氧化带范围为从工作面向采空区深部48～150 m。     

晋北煤业5-407工作面自燃指标性气体及"三带"划分研究

晋北煤业现阶段回采的5号~上煤层属II类自燃煤层,为保障工作面安全高效生产,通过实验室实验掌握5号~上煤氧化反应产生各类气体浓度的变化规律,并在现场布置束管监测采空区氧气浓度变化,据此划分采空区自燃"三带",分析工作面极限推进速度,结果表明:5号~上煤自燃标志性气体为CO和C_2H_4,采空区氧化自燃带范围为:胶带巷57～156 m,回风巷43～142 m,工作面最小推进速度为2.7 m/d。研究结果对于工作面防灭火具有重要意义。     

孤岛工作面自燃“三带”区域指标气体分析研究

为保证南庄矿井孤岛工作面采空区自然发火防治工作做到安全、科学、有效,采用沿进风和回风顺槽埋管监测的方法,对采空区气体进行取样分析,定期监测采空区O_2、CO、CO_2、CH_4指标气体浓度,利用O_2浓度确定采空区自燃"三带"分布范围,并结合采空区遗煤自燃理论,分析采空区"三带"分布特征及指标气体浓度变化规律。结果表明,CO和(CO/CO_2)这两种指标分析能较准确地反映采空区自燃危险区域,通过监测其浓度能预测采空区自燃危险程度,对采空区自然发火作趋势预判,为孤岛工作面防灭火方案的制订提供科学依据。     

采空区下综采面采空区自燃“三带”实测研究

针对浅埋近距离采空区下综采面采空区煤层自燃防治,以李家壕煤矿31115工作面为生产技术背景,采用理论分析与现场实测相结合的方式,研究了采空区气体浓度分布特征与采空区自燃"三带"分布范围。研究结果表明:由于上覆采空区气体下泄导致31115工作面采空区O₂、CO气体浓度异常,下泄影响范围为采空区100 m以内;工作面进风侧散热带宽度为25 m,氧化升温带宽度为137 m,大于137 m为窒息带;回风侧散热带宽度为21 m,氧化升温带宽度为92 m,大于92 m为窒息带。     

煤矿综放面采空区自燃“三带”划分研究

为了研究面采空区自燃"三带"划分的新方法,通过对现有工作面采空区自燃"三带"划分方法和标准、采空区自燃"三带"内浮煤氧化规律,采用CO绝对量和变化规律进行自燃预测预报进行了综合分析,提出了以CO气体浓度为指标划分自燃"三带",并结合平朔集团井工二矿12502综放面开采中CO浓度的变化,分析了CO在综放面开采初期的绝对量和变化规律。研究表明,CO气体浓度可以作为划分采空区自燃"三带"的新方法,可指导开采自燃煤层的综放面实施注氮"预防为主"的防火措施。     

基于氧气浓度分布规律的综采工作面采空区自燃“三带”的特征研究

基于对采空区自燃"三带"理论和标准的分析,结合鲁西煤矿3下109工作面开采3下煤层时条件比较复杂,受3上109工作面采空区遗煤的影响较大,存在自然发火隐患的实际情况,采用在工作面和两巷埋设气体监测装置的方法进行了采空区自燃"三带"的研究。通过采集各测点的O2浓度数据,分析采空区O2浓度分布规律,掌握了3下109工作面采空区自燃"三带"的特征,对鲁西煤矿防灭火工作具有重要的指导作用。     

浅埋藏易自燃大型综放工作面自燃“三带”分布规律的实测与数值模拟研究

通过在采空区预埋束管取样器,检测采空区内气体成分随工作面回采进度的变化情况,并对采空区O2浓度随深度的变化规律进行分析。根据实测O2浓度确定出安家岭一号井4106工作面采空区遗煤自燃氧化"三带"的分布状况;在实测数据的校准和验证下,利用数值模拟技术研究了采空区O2浓度在整个采空区的分布规律;采用验证过的数值模拟模型研究了工作面配风量变化对采空区自燃"三带"分布规律的影响。研究表明:大型综放工作面采空区内部高O2浓度区域具有在进、回风巷侧分布范围较广、在采空区中部区域分布狭窄的U形特征;配风量增加,采空区自燃带宽度增大,且回风侧增大幅度最明显。     

综放工作面采空区自然发火规律研究

通过在建庄煤矿102综放工作面采空区两侧埋设热电阻,采用埋管真空泵监测采空区的温度和气体成分,观测出了采空区浮煤分布规律、工作面推采过程中的安全周期规律、氧气浓度分布规律、漏风强度分布规律,确定了采空区浮煤自燃极限和采空区自燃"三带"的危险范围。     

“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。     

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。     

U+L型通风条件下采空区煤自燃危险区域研究

U+L型工作面采空区漏风治理一直以来是矿井火灾防治的重要课题之一，为研究这一问题，采用绝热氧化升温试验、现场监测以及数值模拟的方法，在测定煤自燃极限特征参数的基础上，以陕西杭来湾煤矿实际为例对采空区“三带”区域分布规律进行研究，进而揭示采空区煤自燃特征及危险区域分布规律。研究发现：该采空区煤体自燃的下限氧浓度为12.9%|U+L型通风方式对于采空区“三带”区域划分有着较为严重的影响，进风侧采空区由于辅运巷漏风影响，会出现煤自燃“三带”范围的波动|数值模拟能够更加直观的体现煤自燃危险区域的分布特征。研究结果对于同类工作面的矿井火灾防治具有一定的指导和借鉴意义。     

综放工作面采空区“三带”分布规律分析

通过在阳湾沟煤矿6202综放工作面采空区现场埋管观测,取得了采空区内进、回风侧不同测点距工作面不同距离处温度、O2、CO气体浓度等参数,分析得到了采空区内O2浓度及漏风强度的分布规律。依据"三带"划分方法对阳湾沟煤矿自燃危险区域进行了划分,确定了6202综放工作面采空区"三带"范围,并根据氧化升温带宽度及浮煤最短自然发火期确定了工作面极限推进速度。     

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。     

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。     

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。     

顶板巷瓦斯抽采诱导煤自燃机制及安全抽采量研究

在统计分析顶板巷瓦斯抽采在国内使用情况的基础上,为了协调顶板巷瓦斯抽采与煤自燃的关系,立足解决顶板巷瓦斯抽采诱导煤自燃问题,以耿村矿为例,通过顶板巷气体成分及采空区温度的实测分析,证实了顶板巷瓦斯抽采诱导采空区漏风及自燃的发生。通过数值计算及理论分析,识别了顶板巷瓦斯抽采下的漏风通道存在形式以及漏风动力构成,揭示了顶板巷瓦斯抽采诱导遗煤自燃的作用机制。提出了安全抽采量的概念,基于质量守恒,以风排瓦斯及采空区氧化带宽度为约束指标,建立了安全抽采量数学模型。通过对模型的检验,验证了安全抽采量模型的正确性和有效性。     

分布式温度监测系统在煤自燃预警中的应用

综采放顶煤工艺开采的易自燃煤层具有推进速度相对较慢,采空区一次冒落空间大,整体漏风严重,浮煤遗留多等特点,易造成煤自燃灾害发生。为有效实现开采过程中煤自燃监测,提高煤自燃预警效果,研制出XD-JX-T001型分布式温度监测预警系统,进行柴家沟煤矿42223工作面现场应用。通过对初采阶段、回采期间、末采及回撤期间温度与CO监测数据分析,得出了XD-JX-T001型分布式温度监测预警系统能够实现采空区温度连续监测、且定位准确、可靠性强,对煤自然发火状态能做到精准辨识。     

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。     

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。