煤巷高冒区破碎煤体自然发火微循环理论分析

为了有效防治煤巷高冒区的自燃火灾,通过对高冒区现场试验的测温、取样化验分析和计算机流场模拟,分析了高冒区附近的风流微循环过程,建立了高冒区破碎煤体中的微循环流场和温度场的数值模拟模型.结果表明:高冒区附近的破碎煤体自燃分为高冒区中部的最有可能自然发火区Ⅰ、周边的可能自然发火区Ⅱ和自燃氧化影响区Ⅲ.煤巷高冒区破碎煤体的自燃氧化微循环机理可以表达为氧化耗氧与漏风供氧的氧平衡和氧化生热与漏风对0流散热的热平衡,如果漏风供氧能够保证煤炭自燃氧化的进行,同时氧化生热大于散热,则煤炭自燃微循环过程则能持续下去,发展为自燃,有效的高冒区自燃火灾防灭火措施为充填、堵漏和惰化高冒区,破坏氧热微循环过程的进行.     

煤巷高冒区松散煤体自然发火的数值模拟研究

巷道高冒区自燃火灾，不仅严重影响到采掘工作面的安全生产，而且威胁到矿工们的生命安全．通过对煤巷高冒区特点和影响煤炭自燃因素的分析，根据多孔介质流体动力学、传热和传质理论，建立了高冒区松散煤体自然发火过程三维数学模型．以旗山煤矿高冒区为例，用有限元法进行了数值求解，得到高冒区渗流速度场、温度场和氧浓度场的分布，在此基础上划分出最易自然发火的区域，分析了高冒区自然发火的机理．结果表明：高冒区松散煤体漏风强度随孔隙率的增大而增加；高冒区松散煤体的中部区域存在最易自然发火区，是现场防治高冒区自然发火的重点区域．现场试验数据验证了数值模拟结果的合理性．     

露天开挖火区法在浅地表自燃煤层火区灭火中的应用

针对内蒙古桌子山煤田一个煤矿的浅地表自燃煤层火区,通过比较露天开挖火区法、沙土覆盖灭火法和钻孔注浆灭火法的灭火工程和灭火效果,确定采用露天开挖火区法对该浅地表自燃煤层火区进行灭火.阐述了露天开挖火区法的灭火工程、工艺和安全措施.实践表明,由于露天开挖火区法在浅地表自燃煤层火区灭火中施工简单、灭火效果好、回收了火区中的煤炭资源且采出的煤可以补偿一部分工程费用,因而具有较好的技术和经济效益,值得推广.     

综采面采空区自燃"三带"的分布规律

根据采空区顶板的冒压实状况,通过采空区流场的计算机模拟分析,得出了采空区内自燃“三带”的分布状态,通过对采空工内遗煤温度和气样成分的观察分析,阴证了计算机模拟分析的结果。结合采空区遗服煤的分布状态,充分阐明了“两道两线”（进风道、回风道、切眼线和停采线）是采空区内发火最危险部位,也是采取防灭火措施的重点部位。     

防治煤炭自燃的三相泡沫理论与技术研究

针对目前我国煤矿防灭火技术和手段存在不足,特别是针对大范围采空区或巷道高冒火灾、采空区隐蔽火源及高位火源、综放及俯采工作面煤炭自燃防治的难题,提出了由粉煤灰（黄泥）、氮气和水组成的三相泡沫防灭火新技术,该技术可以利用煤矿已有的注浆系统将三相泡沫注入采空区并形成覆盖面广、可向高冒区堆积的泡沫体,能较好地充填采空区或高冒区,有效扑灭火灾．针对固体不燃物（粉煤灰、黄泥）、水和氮气三相介质的特性,成功研制出了使浆液具有较高发泡倍数和较长稳定时间的三相泡沫发泡剂．应用浮选动力学、表面化学、物理化学、热力学和流体机械等理论,较系统地提出了三相泡沫的形成机理．根据三相泡沫的特点,发明了三相泡沫发泡器。应用流体力学理论,建立了发泡器喉部至扩散段区域负压大小和浆液流量的方程关系式,并通过CFD流体力学软件模拟了三相泡沫发泡器内不同扩散角度下管内静压和浆液流速的分布状况,得出了扩散角为60°时的压力分布和流速是形成三相泡沫的最佳条件．开展了三相泡沫发泡剂溶液阻止煤自燃的试验研究,结果表明：三相泡沫发泡剂溶液对煤自燃的阻化效果显著,能有效地减缓煤的氧化放热速率,抑制煤温度的升高,同时也有效地抑制CO的释放量,是很好的防止煤炭自燃的阻化剂;三相泡沫的灭火性能试验表明,三相泡沫可在较致密的多孔介质中不同方向流动,渗透性强,流动范围广,可扑灭较大范围区域内的高位火源和隐蔽地点的火源．三相泡沫流变特性研究表明,含黄泥或粉煤灰颗粒的三相泡沫属于屈服假塑性非牛顿流体;试验考察了发泡倍数、浆液浓度、外界温度及气体介质对三相泡沫黏度的影响;建立了三相泡沫在水平管道中流动的数学模型,确定了三相泡沫发泡器在井巷中合理的安装位置;建立了三相泡沫在大空间中堆积高度的数学模型． 在矿井灌浆系统中加入氮气,使泥浆发泡,体积增大,大流量的三相泡沫能在采空区中形成面与三维的流动方式,较之一般的水浆流动,覆盖面广,并可向上部堆积,能将更多的水、固体不燃物（黄泥、粉煤灰）带入防灭火区域,防灭火效果显著．建立了一套适合煤矿自然火灾防治的注三相泡沫的工艺系统,该系统安全可靠,操作方便,可连续大流量灌注．提出了沿顺槽采空区埋管、综采（综放）支架插管、地面打钻和与其它防灭火技术手段相互配合使用的多种注三相泡沫新工艺,并在现场得到了广泛应用．     

低O_2含量条件下煤自燃产物生成规律的实验研究

针对采空区自燃带、巷道高冒区、封闭火区等自燃危险区域内O2体积分数φ(O2)低于矿内大气中O2含量的实际情况,开展了φ(O2)分别为21%,17%,13%,9%,5.8%的煤自燃试验,分析了氧化产物CO,C2H4,CO2的生成规律.结果表明,氧化产物的生成随φ(O2)的降低总体呈现"滞后效应":氧化产物生成的初始温度滞后;相同温度时氧化产物的生成量减小.由于滞后效应的存在,如按正常O2含量条件下测定的煤自燃特性预测自燃进程,会造成延迟预报或误报,因此,采用实际O2含量测定煤的自燃特性更符合现场情况.     

综放面采空区遗煤自然发火过程动态数值模拟

通过对影响煤炭自燃因素的分析，建立了采空区内遗煤自燃过程数学模型，可随时预测不同漏风强度和不同推进速度的条件下，采空区遗煤自然发火的危险性．在计算机上对徐庄矿7235综放面采空区遗煤自燃过程中，氧化时间、工作面推进速度、遗煤厚度对煤温的影响进行了模拟，预报了在回采过程中采空区遗煤不自燃，而撤支架过程中确可能发生煤炭自燃，预报结果与实际相符。     

综放面煤层自然发火区域划分的理论研究

应用煤炭自然发火理论,对综放面煤层自燃发生区域进行了全面分析,认为遗留在采空区内回采巷道周围的煤体容易自燃,即综放面采空区易形成自然发火的"U"型区域.根据通风渗流强弱情况,对采空区进行了重新划分,分别称之为强渗流带、弱渗流带和窒熄带.同时根据"U"型发火区和弱渗流带的交汇处能够发生高概率煤自燃的特点,提出了"易着火区"的新概念.在总结发火区域划分结果的基础上指出了综放面今后在防灭火技术措施的方向.     

注氮防灭火技术在煤矿中的应用

为了有效预防、控制和扑灭井下火灾,通过煤矿对注氮防灭火的实践应用,认为以注氮为主的防灭火是井下预防火灾和减少火灾损失的一种非常有价值和实用的技术,它可用于煤矿自燃发火的预防（稳定和控制发热）、火势控制、窒息火区、可控制的缩封和启封火区。当氮气注入工作面采空区或火区,使氧含量降低到5％～10％时,可抑制煤的氧化自燃以及瓦斯爆炸,而氧含量降低到3％以下时,则可以使煤炭燃烧熄灭并阻止其复燃。该技术在宁夏煤矿火灾的防治中得到多次应用,其技术处在国内先进水平之列,对于开采自燃煤层煤矿火灾预防与防治具有积极的推广价值。     

综放面采空区矿压特征与漏风形态

分析了综采放顶煤工作面采空区岩体碎胀特征，着重讨论了采空区内各分区漏风形态和范围以及由此引起的遗煤自燃特性和上隅角瓦斯超限问题。