基于热动力特性分析的地下煤火火源温度计算

在研究煤火控制体模型、火区烟气流动模型和传热模型基础上,分析了火区煤燃烧放热、散热的动态平衡过程;结合煤燃烧理论初次在理论上提出了地下煤火燃烧系统热动力演化过程的关键参数之一:火源温度的定量计算方法;结合火区与外部环境的热量传递过程,提出了火区煤燃烧累积放热量、火区累积散热量的计算方法,理论上为定量揭示地下煤火燃烧系统...     

煤火研究与治理进展

系统阐述了煤火研究与治理的进展,重点论述了不同学者从煤火发生、发展蔓延机制和煤火治理技术2个层面进行的包含煤火成因和自燃及燃烧机理、煤火持续燃烧的供氧动力、煤火烟气流动与传热特性、煤火探测监测技术、治理方法、工艺和材料,以及煤火对生态、环境的影响等方面研究的成果。认为煤火火源位置的精确探测、煤火热动力学演化过程相关参数的确定、煤火环境影响的作用机理,依然是开发有效煤火治理方法及工艺,提高煤火治理效率和科学评价煤火环境影响亟待解决的关键问题。     

地下煤火探测、监测与灭火技术研究进展

首先介绍地下煤火的探测方法,总结对比直接调查法、物探法、化探法和钻探法的优缺点,然后归纳总结了遥感监测地下煤火的技术与应用方向,最后总结分析了地下煤火灭火的新技术及灭火的效果.     

乌达煤田煤层自燃动态变化和产生原因

通过对乌达煤田煤火燃烧历史和燃烧面积的动态变化分析,划分出了煤火产生和治理的四个阶段:1961～1980年,煤炭开采遗留煤井下自燃为主阶段;1980～2006年,小煤窑滥采和忽视煤火治理导致煤火蔓延阶段;2006～2009年,煤火不恰当治理导致再生煤火,煤火更加扩张阶段,和2009年至目前的再次煤火治理取得突破性进展的阶段.在此基础上,探讨了煤火产生的四大原因;开采遗留煤和煤柱煤自然氧化,瓦斯爆炸着火,小煤窑开采引发煤火和煤火治理期发生再生煤火.这一研究对乌达煤田的煤火治理及其对其他矿区的火灾治理提供了参考或借鉴.     

新疆硫磺沟煤火治理区地表热异常遥感监测研究

为研究新疆硫磺沟煤田火区热场演化过程和治理效果，利用热红外遥感技术进行监测研究。将火区划分为万家窑、浅水河、卡拉扎3个火区块段，监测期限分为煤火燃烧期、煤火复燃风险期、煤火治理现状期3个阶段，利用单窗算法反演各阶段多期地表温度，采用离散度识别火区热异常，分析煤火空间分布格局演化过程，并对探测结果进行验证。结果表明，在2000年治理前，3个火区块段的热异常面积为467.82万m²,2004年第一轮灭火工程治理后，热异常面积大幅减少至29.34万m²;随后由于矿山违规开采，2018年热异常面积增加至712.74万m²,经过第二轮灭火工程治理，2021年的热异常面积减少至16.57万m²。经实地调查，排除烧变岩干扰影响，煤火治理现状期地表热异常与实地情况相符，浅水河火区块段仍然存在自燃现象，卡拉扎、万家窑火区块段的煤火自燃现象基本消除，治理区地表景观和生态环境大幅改善。     

气象条件对地下煤火浅层温度的影响

选择内蒙古乌达煤田火区中的18号火区作为研究区域，对浅层测温数据进行分析研究，分别量化分析了降水量、气温、风速3个气象要素与地下煤火浅层温度在时空上的变化趋势及它们之间的关系。结果表明：降水量是影响地下煤火浅层温度变化的重要因素，大的降水过程可达到降低煤火浅层温度的效果；气温的日变化对于地下煤火的影响只限于表层，季节性变化影响的深度更大；风速与地下煤火之间在短期内并没有直接的作用关系，但它会影响到火区的通风供氧与煤火信息的提取。     

高精度遥感在地下煤火探测中的应用研究

针对乌达矿区地下煤火的类型和特点,将火区地质模型(燃烧分带、燃烧系统、燃烧阶段等模型)认识与高精度遥感的优势相结合,通过燃烧裂隙、燃烧系统和采煤工作面等重点信息的提取,大幅度提高了煤火信息的获取水平和探测精度。     

地下煤火热能利用分析

地下煤火是一种严重的地质灾害,同时也蕴藏着巨大的热能。开展热能回收利用的研究和实践工作,对于饱受地下煤火危害的地区而言具有重要意义。介绍了地下煤火的形成机理,回顾了地下煤火热能回收领域的研究现状,对相关技术进行了详细的介绍和分析,其中利用热能温差发电技术是应用前景较好的一种技术路线。     

地下煤火高温阶段贫氧不完全燃烧耗氧速率的计算

运用过量空气系数、动力学反应和供氧的时间尺度,分析了地下煤火不同温度阶段的燃烧状态。在高温阶段,地下煤火燃烧反应速率很快,巷道和裂隙漏风所供给的氧含量不能满足煤体燃烧所需的氧含量,煤体燃烧耗氧速率受控于氧气供给速率,地下煤火处于贫氧不完全燃烧阶段。根据S.Krishnaswamy提出的单颗煤粒动力学反应-扩散模型,推导了地下煤火高温阶段贫氧不完全燃烧状态下耗氧速率计算式,并运用案例数值模拟分析和验证了该计算式。结果表明,该式能有效地估算地下煤火高温阶段受控于供氧速率的耗氧速率。     

无人机热红外遥感煤火探测方法

为了提高矿区煤火识别的精度,利用无人机搭载数码相机和热红外相机分别在白天和夜晚采集RGB图像和热红外图像,基于面向对象的分类方法将矿区彩色正射影像分类并赋予对应类别的发射率值;热红外影像经过辐射定标后镶嵌为正射影像,根据辐射传导方程和Plank反函数反演矿区地表温度,采用移动窗口热异常提取算法识别煤火区。试验表明,实测煤火点与无人机热红外技术探测的煤火区的重叠率为96.72%,说明无人机热红外遥感煤火探测方法的精度可靠,技术可行。     

新疆第五次煤田火区普查成果分析

相较于2013年新疆开展的第四次煤田火区普查成果,新疆新生煤田火区增加,部分未治理的煤田火区面积扩大以及责任主体灭失,给新疆煤炭工业的能源基地建设、井田划分、矿区规划、矿井安全生产、生态环境保护带来严重影响。2019年,新疆开展了第五次煤田火区普查,以新疆第五次煤田火区普查结果为研究对象,分析了新疆煤田火区的特点、变化原因、危害和影响。新疆煤田火灾存在分布广、发展快、新火区产生快、易发煤火风险区域多等特点,煤田火区的持续燃烧造成损失煤炭资源、污染大气环境、破坏土壤环境、污染水资源、易发地质灾害等危害。针对上述特点和危害,提出了新疆煤田火区治理措施,为新疆煤田火区治理规划提供了基础资料和决策依据。     

基于AHP—模糊综合评价的煤田火区危险性评价及应用

针对煤田火区对煤矿安全生产造成的严重威胁，建立了煤田火区危险性评价指标体系，从覆岩裂隙发育程度、煤田火区管理、煤层自燃危险性、防灭火技术措施、预测预报措施和安全管理6个方面进行煤田火区危险性评价；采用AHP—模糊综合评价法对公乌素矿进行煤田火区危险性评价，评价结果为一般。该评价体系的建立，有助于促进煤矿安全资源的合理配置，优化煤矿企业安全管理。     

煤火灾害防治技术的研究与应用

对煤火类型进行了划分,并分析了其对应的特征。针对煤火形成的整个过程开展了煤火预测预报和危险区域判定技术、煤火探测技术的分析研究,对此提出了煤火的防控技术,主要有水、灌浆、黄土覆盖、剥离、膏体、氮气、三相泡沫、液态二氧化碳和胶体等。最后,提出了一种新型的胶体防灭火技术,通过典型的地面煤田火灾和井下煤层自燃火灾的现场实例应用,取得了良好的效果。     

遥感技术在乌达煤田火灾监测中的应用

 利用2001、2003、2007、2010年Landsat TM/ETM热红外数据对内蒙古乌达煤田的地表温度进行反演,分析了煤田火区的空间分布格局、空间演变态势与变化趋势,并监测了矿区十年的植被覆盖变化。结果表明：高温异常区范围明显,反演出的煤火区符合实际煤火区分布;12、13、14号火区面积减少,其他火区继续蔓延,并形成了新的煤火区;十年来矿区的归一化植被指数(NDVI)从0.0926减少到-0.0378,植被覆盖度逐年减少。矿区煤火遥感监测实现了火区的动态监测和新火区的预测,为煤田火区灭火工程、矿井安全生产和矿区可持续发展提供了辅助决策。     

新疆煤田火灾的危害与治理挑战（增刊）

中国新疆每年因煤炭自燃不仅造成了大量煤炭资源浪费还危害了火区周围的生态环境,而且经过近60年的治理,新疆煤田火灾依然是屡禁不绝。本文论述了新疆煤田火灾的危害、屡治不绝的原因及治理过程中所面临的挑战,并提出了相关建议。     

矿用移动式防灭火注浆装置的干运转保护

分析煤炭自然发火的危害,指出了现阶段防灭火方法对注浆设备的需求。针对现有的防灭火注浆装置普遍采用单螺杆泵技术,提出了对注浆装置干运转保护的必要性。设计了由温度传感器、井下远程馈电断电器、矿用隔爆兼本安直流稳压电源组成的干运转保护装置,保护矿用移动式防灭火注浆装置。     

多模型融合评价煤层底板灰岩岩溶突水危险性

在我国华北型石炭—二叠系煤田中,煤层底板灰岩岩溶突水现象尤为突出。为准确地评价煤层底板灰岩岩溶突水危险性,防治煤矿水害事故,实现承压水体上煤层安全开采。基于未知测度-集对分析理论,选用含水层厚度、单位涌水量、充水含水层渗透性、水压、断层影响因子、含水层厚度、含水层岩性组合特征以及底板破坏深度8个指标评价煤层底板灰岩岩溶突水危险性。采用有序二元比较量化法和区间数模糊决策矩阵EA-TOPSIS排序模型分别确定煤层底板灰岩岩溶突水主控因素权重。在此基础之上,基于冲突证据理论将二者进行耦合,得到煤层底板灰岩岩溶突水主控因素组合权重,保证了对动态模型指标相对重要性的有效评价。基于未知测度-集对分析理论,构建单指标直线型未知测度函数及非直线型未知测度函数,并以新汶煤田煤层开采为例,将30个监测点处实测的8个指标值代入,建立多指标综合测度矩阵。引入"置信度"评价准则判定样本数据X_i所属的危险性等级。并通过集对分析,进一步表征新汶煤田煤层开采过程中煤层底板灰岩岩溶突水风险总体态势。研究表明,评价结果与矿山实际情况相吻合。在此基础之上,依据搜集的大量华北煤矿突水案例,以其中典型的15个为例,将建立的模型推广到整个华北煤田底板突水危险性的评价。通过与矿井实际突水情况对比可以发现,模型确定的矿井突水危险性等级与实际相吻合,表明该模型对于评价整个华北煤田底板灰岩岩溶突水危险性具有一定的适宜性。     

煤田火区的缓慢氧化及其意义——以小东沟煤矿为例

本文以新疆小东沟煤矿为例,分析煤田火区熄灭后,地面塌陷承接降水,因煤层中的黄铁矿氧化生成硫酸,使煤层继续氧化,其形成机理、特征、产生条件,对煤田火区的勘探以及治理具有重要的意义.     

急倾斜特厚煤层综放工作面防灭火技术研究

神华新疆乌东煤矿+495 m水平B3+6工作面上部存在安宁渠小窑开采史,且B3+6煤层属Ⅰ类易自燃煤层,受井下工作面开采影响,地表裂隙发育、漏风严重。针对+495 m水平B3+6工作面存在的特殊开采条件,利用超前探测、超前注氮、架后埋管注氮、控风堵漏等综合防灭火技术措施,有效地防止安宁渠小窑开采区域、上覆老空区和本采空区遗煤自然发火,确保了该工作面安全回采。     

海下采煤煤炭自燃发火危险性评估

海下采煤煤炭自燃发火的影响因素很多,各因素之间相对重要性不同。通过对自燃发火相关因素的分析,建立自燃发火的安全指标体系,运用模糊数学理论,对自燃发火危险性进行综合评价,掌握发火的状态,为制定快速有效的防灭火措施提供理论依据,确保了海下开采的顺利进行。