基于CFD技术优化综放工作面采空区注氮参数

研究综放工作面采空区气体流场运移规律对有效预防自然发火、提高煤矿火灾事故防治水平具有重要意义。借助于CFD(Computational Fluid Dynamics)数值软件,模拟李阳矿15103综放工作面注氮前后采空区二、三维流场氧气分布规律,分析不同位置注氮对采空区内氧气的运移规律的影响,得出在工作面后150~200 m的范围内注氮可以达到较好的惰化采空区效果。     

木瓜煤矿综采面采空区防灭火技术应用

为防止木瓜煤矿10#煤层工作面采空区遗煤自然发火,对10#煤层进行煤样自燃特性实验分析,确定了采空区自然发火标志性气体;以10-100工作面为例,建立束管监测系统;分析表明,距工作面大于55.2 m的采空区存在自然发火的可能;采用进风侧埋管采空区注氮系统,注氮后采空区CO浓度明显降低;实现了工作面的安全高效生产。     

综放采场自然发火规律及注氮防灭火技术研究

应用现场试验和理论研究，对综放采场自然发火规律及注氮防灭火技术进行了研究，结果表明：综放采空区的进风侧是重点的防自然发火区域；采空区内部的漏风源会加剧采空区内的自然发火危险性；综放采空区在一定空间高度范围内存在着自然发火危险性；氮气注入采空区后即有其主运动方向，又有具体的分布形态；注氮口位置距工作面１０～２０ｍ为佳；注氮能够消除综放采空区空间高度上的自然发火危险性．     

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。     

8101综放工作面搬家期间防灭火技术实践

8101综放工作面在搬家期间CO浓度过高,可能发生采空区煤自燃危险。根据工作面漏风情况、地质条件,分析了CO超限原因,采用采空区自然发火预测预报技术,采空区注氮惰化技术,工作面上下端头封堵、喷洒阻化剂、凝胶及工作面采用倒回风均压通风方式等技术措施,有效地降低煤氧复合氧化能力,杜绝采空区遗煤自燃灾害的发生,保证工作面在搬家期间的安全。     

综放面复杂火区治理及防二次氧化技术应用研究

为有效治理易燃特厚煤综放面在末采铺网期间煤自燃火灾隐患,以潞新公司5243工作面为工程背景,理论和实践相结合分析了末采铺网期采空区自然发火的诱因,预测采空区3~5 m处为易自燃区域位置,并向预测危险区域施工钻孔,采取了灌注三相泡沫大范围覆盖包裹火区浮煤,注氮惰化、提高采空区压能,减少漏风和灌注液态CO2快速惰化降温的综合防治手段,且制定了火区启封后隔氧、惰化、覆盖降温为一体的防二次氧化措施。通过现场应用,实现封闭火区灾害的有效治理和安全启封,保障了工作面采煤设备及支架的回撤。     

燕子山煤矿综放工作面综合防灭火技术应用研究

针对燕子山煤矿8901综放工作面回采期间面临的煤炭自然发火问题,结合监测数据综合分析了发火原因,提出了均压通风、封堵漏风、采空区注氮和地面集中灌浆相结合的综合防灭火技术.现场应用结果表明:8901综放面采空区的漏风量由150 m3/min降至20 m3/min,CO浓度由0.0015％逐渐降至0.000015％,工作面上隅角CO浓度始终保持在0.000015％以下.     

魏家地1308综放面注氮防灭火参数研究

建立了魏家地煤矿1308工作面注氮模型,用Fluent求解该模型得到采空区漏风强度及O2浓度的分布,得到采空区注氮条件下"三带"的变化规律.研究表明,采空区开放式注氮有一定的采空区惰化效果,注氮口最佳位置为进风侧距离工作面20 m处的采空区;采空区氧化升温带最大宽度出现在工作面中部;氧化升温带的宽度随注氮流量增加近似线性降低.     

易自燃煤层工作面末采回撤期间防灭火技术

针对羊场湾煤矿Ⅱ020205综放工作面开采易自燃煤层的自然发火危险性分析,提出分为4个阶段实施防灭火技术措施,即工作面距停采线162.5~32.5 m期间、工作面距停采线32.5m至停采后、工作面回撤期间和工作面封闭后。通过采取井上下封堵漏风通道、采空区自然发火监测、埋管注氮、灌浆、邻近巷道和措施巷对应支架钻孔灌注液态CO_2、措施巷对应工作面上、下隅角15 m范围内钻孔灌浆、措施巷长短孔注胶、工作面管路注水等综合防灭火技术措施,工作面重点防火区域气体浓度均未超限,采空区无自然发火征兆,保证了工作面的安全顺利回撤。     

二场叠加原理的采空区自然发火危险区判定研究北大核心

为有效解决综放工作面采空区自然发火的问题,采用CFD技术对采空区流场进行数值计算,以氧气体积分数及速度的叠加场作为采空区自然发火危险区域划分标准,分析了自然发火危险区与工作面供风量的关系,以及注氮和瓦斯抽采对自然发火危险区的影响。研究结果显示,随着工作面供风量增大,氧化带的形态并未发生改变,只是整体后移,但呈"L"形的自然发火危险区域面积增大,加大了发火危险;注氮后,自然发火危险区主要集中在靠近工作面运输巷位置,为一狭长区域;瓦斯抽采对自然发火危险区影响较大,随着抽采量增加,自然发火危险区域面积明显增大。     

采空区氧化中心数值模拟

为了分析采空区内部自然发火最危险区域,明确最危险区域的位置和危险程度,为工作面自然发火防治提供依据。以一个工作面为例,运用COMSOL计算软件进行了采空区氧化中心数值模拟。模拟结果表明,在采空区深度方向上CO浓度存在一个最大值,即氧化中心,工作面进风侧向工作面回风侧氧化中心距离逐渐减小。氧化中心浓度最大值位于工作面倾斜方向的中部,进风侧氧化中心浓度大于回风侧氧化中心浓度。     

二氧化碳防灭火技术在采空区发火治理中的应用研究

综放工作面回采过程中采空区遗煤自然发火是矿井生产过程中经常出现的自然灾害。由于复杂的 地质及漏风情况,其危险性增大,而合理的防治措施是避免事故发生的关键。因此,以孔庄煤矿 7465 工作面为研 究对象,首先利用 Fluent 软件模拟采空区压注二氧化碳后风压场分布、氧气与二氧化碳浓度场分布,数值模拟结果 表明：压注二氧化碳在一定程度上可以减小采空区漏风量,稀释氧气体积分数、减小自燃区面积、惰化采空区。其 次开展了采空区注浆、注氮、注二氧化碳的现场试验,并对 3 种措施的防灭火效果进行了对比分析。结果表明：采 空区每日进行注浆后,各测点 CO 浓度呈下降趋势最终稳定在 300×10-6左右;对采空区注氮 4 d 后,各测点 CO 浓度 下降至 100×10-6以下,在停止注氮后 CO 呈上升趋势,采空区出现复燃;最终向现场连续压注 5 d,累计压注 150 t 左 右二氧化碳之后,采空区发火得到有效治理,采空区 CO 浓度降至 50×10-6左右,工作面、回风流和上隅角未检测到 C 2H4气体。对比注浆、注氮技术,验证二氧化碳防灭火技术具有灭火速度快、不易复燃、现场适用性强的优势。对 采空区遗煤自然发火灾害防治有重要的指导作用。     

石港煤矿综放工作面综合阻燃技术研究

针对瓦斯与煤自燃灾害并存综放工作面采空区遗煤自燃问题,选取石港煤矿15109综放工作面为研究对象,通过试验测定15#煤层自燃倾向性属于二类,14#煤层自燃倾向性属于一类,以CO浓度的变化趋势判断煤自燃的阶段;分析得到煤层性质、采空区遗煤量、瓦斯抽采漏风等因素共同导致遗煤自燃;提出瑞米材料堵漏、MgCl2阻化防火、注氮惰化处理、MEA高分子阻化等综合阻燃技术。应用结果表明:工作面各测点位置CO浓度最高为0.0018%,处于较低水平,无自然发火迹象,防火效果显著。     

特厚高放顶煤开采注氮煤自燃危险抑制特性研究北大核心

针对特厚高放顶煤回采工作面采空区遗煤量大、漏风严重等问题,通过程序升温氧化实验和热释放测试实验,对未注氮与注氮条件下的煤体氧化自燃过程气体产物、氧气消耗和热释放特性进行分析;利用数值模拟软件,对不同注氮位置条件下注氮对采空区煤自燃危险区域的抑制性进行分析;并进行注氮方案优化。结果表明:注氮时能抑制煤体氧化自燃反应进程,各气体产物出现的温度点延缓25~30℃,耗氧速率、放热量大幅度降低,未注氮时的放热量是注氮时放热量的5.67倍;不同位置注氮时采空区煤自燃危险区域差异收缩,注氮口2、3、4、5即进风一侧分别距工作面60、80、100、120 m位置注氮时危险区域抑制面积依次占比为12.28%、32.71%、39.71%、44.09%,采空区温度抑制变化主要集中在注氮口附近区域;注氮口2、3联合注氮优化方案能有效抑制47.25%的采空区煤自燃危险区域。     

综放工作面采空区自燃“三带”的测定

为了提高综放工作面的注氮效果,合理确定注氮管路步距及注氮口位置。基于采空区漏风流场及漏风变化规律,采用在采空区预埋束管取样器的方法,检测采空区气体成分随工作面推进变化情况确定采空区自燃"三带"范围,并在同发东周窑煤业公司8102综放工作面得以实践应用。结果表明:该综放工作面冷却带范围为:0~15 m,氧化带范围为:15~95m,窒息带范围为:大于95 m。     

综放工作面防灭火综合治理技术应用

针对29406综放工作面拆架封闭过程中容易产生CO的问题,深入分析了工作面8#煤层自然发火产生CO的原因,提出采用预防性灌浆、采空区注氮气惰化、自然发火预测预报、优化工作面通风系统设计、改变工作面拆架工艺、降低采空区漏风、采空区实施采后快速封闭等综合防灭火措施进行治理.现场实践结果表明,采用上述方法不仅可以缩短拆架时间,还可以有效降低CO浓度.     

短臂大采高综放工作面注氮防灭火工艺

为了确定乌东煤矿工作面合理的注氮流量、注氮管路间距和采空区起始注氮深度等重要注氮工艺参数,通过在工作面回风侧布置束管监测系统,连续监测回风侧采空区O2浓度变化规律,研究工作面在不同注氮流量、注氮管路间距条件下的采空区自燃"三带"分布规律。研究结果表明:乌东煤矿短臂大采高综放工作面合理注氮流量为259~622 m^3/h,采空区全断面注氮管路间距为20~40 m,开始注氮位置在架后15 m。     

低推进度综放工作面自然发火治理技术

为了有效治理低推进度易自燃煤层综放工作面的发火,根据采空区遗煤自然发火机理对常村煤矿21170综放工作面采空区自然发火原因进行了分析,提出并实施了以"控制漏风、阻化遗煤"为主的自然发火综合治理技术方案,即降低工作面风量、封堵漏风通道、均压通风等措施减少采空区的漏风强度,以及向采空区注浆、注氮阻化遗煤自燃。常村煤矿21170工作面自燃治理的实际运用结果表明,所采取的措施符合实际,工作面回风CO浓度很快降到24×10~(-6)以下,有效地控制了采空区的自燃。     

汾源矿综放面采空区三带的确定及防灭火实践

为实现汾源矿综放工作面的安全回采,开展了采空区采空区三带及防灭火技术的研究。在工作面两巷采用WRN系列热电偶和UT系列测温仪对采空区氧气浓度和温度进行监测,结果表明,进风巷和回风巷的自燃带范围分别为32.5~51.9 m、7.8~20.6 m。通过黄泥灌浆和采空区注氮等措施,工作面采空区CO气体浓度保持在10×10^-6左右,温度低于29℃,采空区无自然发火现象。     

煤峪口矿8605工作面采空区防灭火技术研究与应用

为防止8605工作面采空区出现遗煤自燃现象,根据工作面地质条件,通过现场实测的方式进行采空区自燃“三带”分布规律的分析,确定采空区进风侧、中部和回风侧氧化升温带的范围分别为150~405 m、160~310 m和75~345 m。结合采空区自燃“三带”分布规律,设计采空区采用采空区封闭隔离+埋管注浆+采空区注氮惰化相结合的防灭火方案,并在方案实施后进行采空区内CO和O₂浓度监测分析。结果表明:防灭火方案实施后,采空区内CO和O₂浓度均在合理范围内,解决了采空区遗煤易自燃的问题。