三相泡沫防治采空区煤炭自燃研究

针对目前煤矿防灭火技术与材料存在的一些不足，研制了一种用于防治采空区煤炭自燃的三相泡沫材料．简要介绍了三相泡沫的制备流程和主要技术参数；建立了采空区煤炭自燃过程的化学动力学方程，根据对方程中C，O2反应的物质的量浓度，煤体温度T，采空区的孔隙率γ等参数的控制，研究了三相泡沫防治采空区煤炭自燃的机理．结合三相泡沫在大兴煤矿N2703综放工作面采空区防治高温火源点的实际应用情况，对比了注三相泡沫前后取样气体中CO，O2体积浓度以及采空区温度丁的变化结果，有效地防治了煤炭自燃．应用结果表明三相泡沫防治采空区煤炭自燃的效果显著，是一种具有广阔应用前景的新型防灭火材料．     

易自燃煤层放顶煤开采工作面合理长度分析

以采空区自然发火危险为约束条件,用采空区场流方法(数值模拟)和自燃三带理论,结合实例,研究放顶煤开采工作面合理长度问题.得到工作面长度安全临界值与煤的最短自然发火期成正比关系.通过现场测定风量和采空区气体浓度分布,得到在当前工作面特定采空区流场环境下的自燃氧化带宽度和模型基础参数,数值模拟出不同工作面长度的采空区自燃氧化区宽度的变化关系;回归得到,在理论上,工作面长度与自燃氧化带宽度近似服从二次曲线关系.分析中给出了自燃安全判别量和自燃安全区间.     

煤炭自燃标志性气体预测指标的实验研究

设计并研制了氧化热解实验模拟装置,通过对峰峰矿区小屯矿工作面采空区煤样的氧化热解模拟实验,绘制了各氧化热解气体CO2、O2、C2H6和CO等气体浓度随温度的变化曲线,并对其分析找出了该矿采空区煤炭自燃的标志性气体预测指标,从而为掌握工作面采空区煤炭自燃的规律和制定有效合理的煤炭自燃发火的防治措施提供依据,为煤矿的高效生产提供安全保障。     

立体瓦斯抽采条件下煤自燃预测预报标志气体的优化选择

结合义马煤业集团耿村煤矿工作面立体瓦斯抽采的实际情况,通过低温氧化试验,参照标志气体优选原则,确定CO,C2H4作为主要标志气体指标,C2H6作为辅助指标,并定量出采空区CO体积分数的临界值,建立了耿村矿23号煤层自燃预测预报标志气体体系.同时为克服采空区气体抽样的困难,推导出高抽巷气体成分与采空区气体成分间的关系,利用高抽巷的气体成分预测采空区浮煤的自然发火.     

煤炭自燃标志性气体预测指标的实验研究

设计并研制了氧化热解实验模拟装置，通过对峰峰矿区小屯矿工作面采空区煤样的氧化热解模拟实验，绘制了各氧化热解气体CO2、O2、C2H6和CO等气体浓度随温度的变化曲线，并对其分析找出了该矿采空区煤炭自燃的标志性气体预测指标，从而为掌握工作面采空区煤炭自燃的规律和制定有效合理的煤炭自燃发火的防治措施提供依据，为煤矿的高效生产提供安全保障。     

耿村矿综放面采空区“三带”的观测与分析

通过对耿村矿１３０１１综放面采空区“三带”的观测,证实了在采空区中部布置观测管路观测气体方案的可行性,采集的气体更具代表性．在分析观测数据的基础上确定了采空区“三带”的宽度范围,并结合耿村矿煤层自然发火期,指出了防止采空区遗煤自燃所必需的工作面最低推进速度,讨论了某一工作面在不同时期影响“三带”范围变化的主要因素,为防止采空区遗煤自燃提供了依据．     

瓦斯抽采对采空区浮煤自燃影响及防治措施

针对立体瓦斯抽采对采空区自燃带分布及浮煤自燃的影响,以采空区风流速度的变化为切入点,以义马集团U+Ⅰ型通风系统为背景,研究在立体瓦斯抽采系统中由于漏风而造成采空区"三带"分布变化及对浮煤自燃的影响.结果表明,瓦斯抽采及采空区浮煤自热产生的"内生火风压"加剧了采空区的漏风,使自燃带的划分范围更复杂,增加了采空区发火的危险性,最后提出了增阻漏风及同步注氮、注水、注浆的综合防灭火措施.     

“U+I”型采煤工作面采空区瓦斯抽采量理论研究

以顶板巷卸压瓦斯抽采"U+I"型工作面为背景,为协调采空区瓦斯抽采与煤自燃耦合防治,提出了合理瓦斯抽采量概念,并分析了合理瓦斯抽采量的3种模式,建立了合理瓦斯抽采量理论.结合采空区漏风源汇特征,以质量守恒、风排瓦斯安全指标、采空区氧化带宽度、回采速度及自然发火期为指标,分别建立了瓦斯涌出及遗煤自燃的约束边界条件.在合理瓦斯抽采量理论基础上,确定了采空区合理瓦斯抽采量的数学模型.以义马耿村矿13210工作面为例,利用建立的数学模型,得到理论合理瓦斯抽采量范围为129.0~236.8m3/min,后续通过工作面瓦斯涌出及自燃氧化三带宽度数据,发现现场180.0~190.0m3/min的瓦斯抽采量满足瓦斯及自燃防治的需要,从而验证了模型的正确性和有效性.     

多邻近采空区瓦斯抽采下工作面漏风规律研究

为了掌握邻近多采空区及本煤层采空区瓦斯抽采背景条件下的采空区漏风规律,以沙曲矿15202工作面为例对邻近多采空区的开采环境及其采空区瓦斯抽采所导致的漏风问题开展研究。通过对采空区的空间环境分布及瓦斯抽采对15202工作面漏风影响的分析,辅助工作面沿程漏风量实测,采空区及瓦斯抽采系统中气体体积分数的测定,结果表明:(1)多邻近采空区及在瓦斯抽采条件下,工作面采空区漏风严重;(2)采空区漏风风量中的55.7%经采空区漏入工作面,18.5%经上覆裂隙进入14202采空区抽采系统,14.7%进入邻近采空区,11.1%进入上隅角瓦斯抽采系统。此结果为采空区煤自燃防治提供了决策依据,并对类似工作面的漏风识别具有指导意义。     

易燃煤层隅角封堵效应研究

由于高瓦斯易自燃煤层采用U+I型通风,上下隅角极易向采空区形成大量漏风,从而诱发采空区浮煤发生自燃.通过数值模拟与现场实测,利用自燃氧化带区域的分布情况作为量化指标,表征上下隅角封堵措施对采空区浮煤自燃的影响效应.首先,利用FLUENT模拟隅角封堵前后采空区的立体瓦斯场、氧气场以及速度场分布,并以风速与氧气体积分数双指标划分采空区的自燃氧化带区域;其次,利用SF6示踪气体实测隅角封堵前后工作面的漏风量及漏风特征;最后,埋点实测封堵前后采空区的氧化环境,对比模拟结果,从而验证封堵措施的有效性,为矿井瓦斯抽采与煤自燃防治提供技术参考.     

放顶煤综采采空区“三带”的理论计算与观测分析

本文应用非线性渗流理论建立采空区流场二维平面非线性渗流流函数微分方程,利用有限元技术求得各结点上的流函数值和各单元上的流速v_x、v_y、v_o在此基础上,得到采空区风流流线和等速线。依据煤自燃所对应的风速上下限,得到放顶煤综采采空区不自燃带、可能自燃带和窒息带的形态和范围。对采空区矿压显现、采空区温度变化及氧浓度变化进行的观测表明,理论计算与实际观测所得结果基本一致。     

综采放顶煤采空区注氮防灭火模拟试验研究

采用物理模拟试验研究了综采放顶煤采空区注氮防灭火的适用性．综采放顶煤采空区注氮模型的相似性分析表明，在保证采空区流体动力相似的条件下，即可满足采空区注氮模拟条件．模拟结果表明，对２００ｍ长的综放面采空区注氮难以取得有效的惰化效果．现场观测表明，无煤柱开采的综放面，邻近采空区的漏风及自燃发火危险更大，应在漏风源处注氮，并配合堵漏和均压措施，彻底惰化漏风源．     

Numerical Simulation Study of Goaf Methane Drainage and Spontaneous Combustion Coupling

In order to study the coupling problem between methane drainage and spontaneous combustion of residual coal in the collapsed zone after mining ignitable coal seams with high methane, we have analyzed the effects of different methane drainage modes on spontaneous combustion of residual coal through numerical simulation.The results show that deep and large flux methane drainage modes increases the air leakage from work faces to the goaf and formed new spontaneous combustion zones induced by drainage near vents, which increases the risk of self-ignition of coal-reducing the self-ignition period and enlarging the scale of self-ignition.The spontaneous upstream combustion oxidation of the main fire zone can be suppressed when both drainage and nitrogen injection were adopted.Our research results provide an effective technical measure and theoretical basis to determine the best methane drainage scheme and drainage parameters.     

注氮惰化窒息燃烧煤炭氧浓度的实验研究

利用煤炭自燃实验系统,对龙固煤矿7煤煤样的自燃过程进行了模拟实验.实验研究了注氮情况下的煤氧化煤温、自燃状态与氧含量的变化关系,确定了龙固煤矿7煤煤样窒息的最低氧浓度,研究结果对使用注氮防治煤炭自燃技术的应用具有重要的现实指导意义.     

简放工作面供风量与采空区遗煤自燃危险性研究

针对地方煤矿易自燃厚煤层简易放顶煤开采推进速度低的现实条件,本文在分析不同氧浓度条件下煤的耗氧速度、采空区煤氧化自燃三带及其与采空区漏风量关系基础上,研究了工作面供风量与漏风量及其采空区氧化带宽度的关系,研究结果为厚煤层简放开采工作面的合理供风量及防治煤炭自燃措施应用提供了技术依据.     

Spontaneous combustion of coals and coal-shales

Spontaneous combustion of coal is a well-known phenomena around the globe. Apart from the coal itself,burning coal-shales is becoming a problem in the South African coal mines. Serious incidents of spontaneous combustion have been reported as a result of self-heating of reactive coal-shales. The intrinsic properties and spontaneous combustion tests of 28 selected coal and coal-shale samples were conducted and a relationship between the two has been established. Intrinsic properties were obtained by using the proximate and ultimate analysis, and spontaneous combustion liability tests results were obtained by using the Wits-Ehac and Wits-CT indices. The experimental results show that intrinsic properties of these materials complement to the spontaneous combustion liability tests results. Comparative analyses of intrinsic properties and spontaneous combustion characteristics indicate similarities between the mechanism of coal oxidation and that of the oxidative processes undergone by coal-shales. For the tested samples, coal samples have a higher intrinsic spontaneous combustion reactivity rating than the coal-shales.Furthermore, an increase in carbon, moisture, hydrogen, volatile matter, nitrogen and a decrease in ash content indicate an increased proneness to self-heating. The concentration of pyrite found in the coal-shales accelerates self-heating. The event of spontaneous combustion can occur if coal-shales absorb sufficient oxygen when subjected to atmospheric conditions.     

Application of ventilation simulation to spontaneous combustion control in underground coal mine: A case study from Bulianta colliery

Spontaneous combustion of residual coal in longwall goaf is a long standing hazard. Airflow leakage into goaf is a major driver to the hazard and this issue deteriorates where longwalls are operating in multiple seams and shallow covers because mining-induced cracks are very likely to draw fresh airflow into goaf due to presence of pressure differential between longwall face and surface. To study the problem more critically, a ventilation simulation package ‘‘Ventsim" is used to conduct a case study from Bulianta colliery. It was found that isolating and pressurizing active longwall panel can mitigate the problem and the pressure differential can be adjusted by varying performance of auxiliary fan and resistance of ventilation regulator. A booster ventilation system can also mitigate the problem by adjusting fan duties. Ventilation simulation is a powerful tool to study spontaneous combustion control in underground coal mine.     

综采面邻空煤柱漏风微循环现象研究

针对综采面"采场-邻空煤柱-采空区"间的漏风微循环现象,利用MATLAB中的PDE工具进行二维非线性渗流的数值模拟,同时分析研究漏风微循环现象形成的原因,以及漏风微循环对煤炭自燃的影响。研究表明,"采场-邻空煤柱-采空区"间的漏风微循环可以导致采空区内相对压力和气体成分的周期性变化,即"采空区喘息"现象。     

综放面采空区温度场动态数学模化及应用

根据采空区浮煤氧化自燃过程的主要影响因素,建立了采空区温度分布的数学模型,计算分析了采空区浮煤温度分布随工作面推进速度的变化规律,确定了工作面的最小推进速度．并用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编程,在微机上成功地模拟了忻州窑矿８９１６综放面采空区自然发火的动态变化情况     

采空区漏风机理与防治对策研究

介绍了在采空区漏风分布研究中提出的Ｕ形漏风通道概念．经计算机模拟得出新的、更符合实际的采空区漏风分布规律，并依此制定了有效的防治技术措施．通过试验应用取得了防止采空区遗煤自燃的最佳成果，创造出了很好的经济效益与社会效益．