大采高综采工作面采空区自燃“三带”研究

针对上湾煤矿12401大采高综采工作面采空区煤自燃防治,通过程序升温氧化实验确定CO作为煤自燃预报指标气体,并辅以C2H4来掌握煤自燃情况;在工作面采空区回风侧铺设束管对采空区气体进行监测,根据监测结果划分了采空区自燃"三带":距工作面0～32m处为散热带,32～225m处为自燃带,225m以外为窒息带;依据散热带和自燃带总长度及煤最短自燃发火期,计算出工作面最小安全推进速度约为6.4m/d。该研究结果为工作面防灭火措施制定提供了可靠依据。     

综放工作面采空区自燃“三带”研究

大同煤矿集团同安煤矿是由候家岩煤矿、天旺煤业、更生煤业三家矿井整合而成的资源整合矿井。按采空区的自燃状态一般可划分为三个带:散热带、氧化放热带和窒息带。本文介绍了在同安煤矿4#煤层4101综放工作面建立的束管监测系统,实现了对煤炭自燃的连续监测,测定了采空区氧浓度场分布。以煤样热重实验的方式,分析确定自燃"三带"的氧浓度划分指标,煤样在通入10%氧气的情况下不能发生缓慢氧化,以10%氧浓度定为4101综放工作面采空区惰化指标;利用FLUENT模拟计算软件,研究了采空区内风流流场的分布;以氧浓度指标与漏风风速指标相结合的方法,合理的划分了采空区自燃"三带"的范围,从而确定采空区的危险区域。"三带"划分结果为:散热带主要分布于距离工作面煤壁0~26 m范围内,氧化自燃带主要分布于距离工作面煤壁26~80 m范围内,窒息带则位于距离工作面煤壁80 m之外的采空区范围。     

白龙山煤矿10201工作面合理挡风帘长度确定

针对白龙山煤矿10201工作面漏风严重和上隅角瓦斯浓度偏高的问题,利用Fluent软件对进风侧不同挡风帘长度下工作面风量和瓦斯浓度、采空区瓦斯分布和自燃氧化带的变化规律进行了数值模拟研究,结果表明:在工作面距进风巷0～80m范围内,随着挡风帘长度增加,工作面风量逐渐增加;在工作面距进风巷0～190m范围内,随着挡风帘长度增加,工作面瓦斯浓度逐渐下降;挡风帘可降低采空区回风侧浅部和中部的瓦斯浓度,而对于采空区进风侧和回风侧深部区域,挡风帘会使瓦斯浓度有所上升;在进风侧设置挡风帘会使采空区进风侧自燃氧化带宽度变大、采空区回风侧自燃氧化带宽度减小,且随着挡风帘长度增加,采空区进风侧自燃氧化带逐渐向工作面靠近。根据数值模拟结果,确定合理挡风帘长度为5m,应用结果表明:挂帘后工作面有效风量增加,瓦斯体积分数平均值为0.521%,降幅达13.5%,一氧化碳体积分数平均值为2.26%,降幅为8.1%,降低了上隅角瓦斯超限和采空区自然发火的危险性。     

易自燃孤岛工作面安全推进速度研究

冲击地压危险性是孤岛工作面的一种自然属性,防冲减压会影响孤岛工作面正常推进速度,加大煤层自燃危险性,因而确定孤岛工作面安全推进速度时,必须要考虑防冲要求。针对以往孤岛工作面安全推进速度的确定较少考虑冲击地压危险性的问题,以济宁二号煤矿93下05工作面为研究对象,分析了终采线处上下邻近采空区的贫氧特性和工作面采空区的危险性区域分布规律,得出以下结论:当O2体积分数为6%时,煤样由初始条件氧化至达到临界温度的时间为253d,应保证工作面在253d内回采完毕;考虑防火要求,安全推进速度应不小于为3.7m/d;考虑防冲要求,优化后未保护区和保护区的安全推进速度范围分别为3.7～5m/d和5.04～8m/d。该推进速度不仅保证了93下05工作面回采期间三面采空区的煤自燃安全,而且不会给工作面带来新的冲击地压危险,确保了工作面生产周期内的安全回采。     

浅埋厚煤层地表漏风对采空区煤自燃影响数值模拟研究

西部矿区浅埋厚煤层通常采用抽出式通风方式,地表漏风不仅使风流紊乱,而且其中的O 2贯穿采空区,与采空区遗煤共同作用使其氧化,从而发生煤自燃,并且产生的CO等有害气体超标,严重影响矿井的正常开采。目前一般采用现场实测、理论分析及实验研究方法对地面漏风引起的采空区内煤自燃的气体浓度场和温度场等进行研究,然而地表裂隙漏风自然发火实验复杂程度较高,理论分析及实验研究方法难以从三维角度认识地表漏风对采空区内煤自燃的影响规律。针对上述问题,根据我国西北矿区埋深浅、煤层厚等特点,建立三维数值计算模型,采用数值模拟与现场实测相结合的方法研究了浅埋厚煤层条件下导气裂隙采空区“三带”分布情况及不同工况下采空区O 2浓度场、CO浓度场、温度场、压力场等的分布规律,并采用ZD5煤矿火灾多参数监测装置进行现场验证。结果表明:采空区内“三带”分布规律和O 2浓度场分布受地表漏风影响明显,采空区顶部O 2容易聚集,改变了采空区内气体流场分布规律,采空区内高体积分数O 2(体积分数为18%~23%)聚集范围为沿采空区走向0~270 m、沿采空区竖直方向3~20 m,特别是在沿采空区走向0~80 m、沿采空区竖直方向3~8 m空间O 2充足、有一定遗煤且热量不容易散失,该区域煤自然发火危险程度较高;采空区内回风隅角压力最小,为-10 Pa,回风口压力最低,进风口压力最大,沿倾向、竖直方向及走向压力均逐渐增大;采空区内温度和CO分布规律类似,在采空区底部受顶部漏风影响很小,主要受工作面进风隅角影响,热量积聚和CO聚集规律与不漏风时基本一致,而从采空区中部开始,温度和CO主要受顶部漏风影响,在中部区域温度和CO均呈现“O”形圈分布,采空区顶部,温度和CO在每个断裂带与采空区交接处达到极大值,并向两侧递减,在最深部的断裂带与采空区交接处出现最大值。     

青东煤矿10煤层标志性气体优选及自燃“三带”划分

针对青东煤矿1078工作面自然发火问题,通过实验室研究和现场测试相结合的方法优选确定了自然发火标志性气体的主副指标:CO和C2H4气体可作为10煤层煤氧化自燃的主要标志性气体,烯烷比和链烷比作为10煤层煤氧化自燃标志气体的辅助指标。采用采空区氧气浓度变化规律和温度变化趋势2个指标划分了采空区自燃"三带":距工作面0～31m处为散热带,31～78m处为自燃带,78m以外为窒息带。该研究成果为1078工作面自然发火治理提供了科学依据及理论指导。     

采空区瓦斯抽采钻孔参数及注氮防灭火研究

钻孔抽采能够影响采空区内部风流的运动,从而导致采空区流场发生变化,增加工作面向采空区的漏风,同时钻孔周围呈现负压状态,漏风风流也不断向钻孔周围补充,采空区煤体在漏风集中区域呈现氧化升温状态,存在采空区遗煤自燃问题。针对上述问题,研究了钻孔抽采条件下采空区最优注氮防灭火方案。以白龙山煤矿10201工作面为背景,用数值模拟软件对工作面采空区进行仿真,分析了不同抽采参数下的采空区流场和温度场分布,依据合理钻孔参数确定了最优注氮条件。结果表明:抽采负压为30kPa时瓦斯抽采效果良好,氧化升温带增幅相对较低;钻孔间距为6m时抽采效果佳且工程量较小;进风侧注氮口与工作面距离为75m、注氮流量为1 500m^3/h时,可以很好地缩小氧化升温带宽度并节约成本。实际应用结果表明:综放工作面及上隅角瓦斯体积分数得到了有效控制,均低于1%;抽采管路及上隅角CO体积分数分别低于0.040%,0.032%,采空区煤体未发生自燃,采空区瓦斯抽采和注氮取得了良好的应用效果。     

高瓦斯矿井采空区瓦斯与煤自燃耦合规律研究

针对目前采空区瓦斯与煤自燃共同致灾数值模拟仅考虑流体影响、未考虑其他物理场影响的问题,采用Comsol-Multiphysics多场耦合数值模拟软件建立了采空区瓦斯与煤自燃耦合模型,分析工作面采场与采空区瓦斯和O2分布规律,探讨抽采量和进风量对高位抽采巷道瓦斯浓度和采空区底板O2浓度的影响,并综合确定最佳抽采量和进风量。结果表明:随着抽采量的增大,瓦斯抽采浓度先增大后减小,采空区氧化升温带宽度呈正相关增长,综合考虑瓦斯抽采效果与自然发火防治,建议高位抽采巷道最佳抽采量为90m^3/min;随着进风量的增大,高位抽采巷道瓦斯浓度和纯量先增大后减小,采空区进风侧氧化升温带宽度明显增大,最大时达到109.3m,而回风侧氧化升温带宽度变化幅度很小,综合考虑瓦斯抽采效果与自然发火防治,试验工作面最优进风量为1 500m^3/min。     

深部“三面”孤岛工作面采动覆岩变形特征研究

为研究左、右、上三面均存在老采空区的深部"三面"孤岛工作面回采过程中覆岩变形破坏特征,以某煤矿120502工作面为研究对象,利用FLAC~(3D)模拟软件对回采过程中覆岩应力、位移和塑性区变形特征进行了系统的数值研究。结果表明:左、右、上三面均存在老采空区的"三面"孤岛工作面在回采过程中主要受上部老采空区扰动,倾向上左侧煤柱应力集中程度较高,走向上工作面前方的垂直应力先降低后不断升高,应力集中系数不断增大;垂直位移的方向由向下转变为向上,向下的垂直位移峰值不断增大,但向上的垂直位移峰值保持稳定;塑性区的破坏范围呈现"马鞍形",逐渐扩大与临近3个老采空区塑性区相互贯通,且顶板上方岩体处于拉压应力区,采空区围岩裂隙发育更为充分;临近老采空区和卸压煤体内的瓦斯均向开采层采空区流动,应重点加强该工作面采空区内的瓦斯抽采工作。     

基于网络解算的浅埋采空区地表漏风模拟技术研究

为分析浅埋煤层地表开敞性裂隙漏风对矿井通风系统与采空区流场的影响,构建了地表漏风条件下浅埋采空区流场与井巷风网耦合模型。针对采空区网络分支数多的特点,提出了采用LDLT分解法改进牛顿法解算通风网络的性能。以红柳林煤矿15207采空区地表漏风为例,模拟了大规模地表漏风对工作面通风系统的影响和不同地表漏风量下采空区流场,得到地表漏风导致采空区自燃"三带"分布异形化和地表漏风量不宜超过5m3/s的结论,为工作面安全回采提供了技术支撑。     

矿井自燃火灾束管监测系统应用研究

分析了国内外矿井自燃火灾束管监测系统的发展历程及特点,指出澳大利亚研制的矿井自燃火灾束管监测系统能够及时反映自燃区域主要气体的变化趋势,可为矿井自燃火灾提供有效预警。该系统在某煤矿综采工作面的应用结果表明,随着综采工作面的推进,采空区内的O2体积分数逐渐降低,采空区深部边缘的O2体积分数为5%~6%,并逐渐趋于稳定;在综采工作面100~150m内,采空区内的O2体积分数仍然维持在8%以上,应采取相应的技术措施防止采空区遗煤发生自燃现象;在综采工作面150m外,采空区基本处于窒息状态。     

JSG-8型束管火灾监测系统井下布置方案探讨

介绍了JSG-8型束管火灾监测系统的工作原理及结构;针对工作面、采空区煤自燃指标气体采集困难的问题,详细阐述了该系统束管测点在工作面及采空区的布置方案,并指出在工作面进行束管测点布置时需考虑对工作面生产的影响程度。     

采空区自然发火监测系统的设计

针对现有的采空区自然发火监测方式成本高、易出现故障、维护困难且有线传输方式不可靠的问题,采用无线射频技术和CAN总线技术设计了一种采空区自然发火监测系统,详细介绍了系统的整体架构,主要硬件部分的设计,以及无线通信频率、探头工作时序、无线接收分站工作流程、无线路由控制协议等关键技术的实现等。测试结果表明,该系统组网快速,当两探头间距小于150 m时能够对各监测节点处的温度数据进行实时采集及可靠传输,工作寿命达90 d。     

基于激光气体分析的矿井火灾预警装置

分析了半导体激光吸收光谱技术监测气体浓度的基本原理,根据采空区煤自然发火的特征,采用气体分析法设计了一种基于激光气体分析的矿井火灾预警系统。依据煤自燃过程中各阶段释放标志性气体不同的特点,以及采空区三带静态分布的理论,给出了定性和定量判断采空区煤自然发火状况的判定方法,为矿井安全奠定了基础。     

基于RSNN的煤自燃预测方法

本文提出一种基于粗糙集神经网络(Rough Set Neural Network,RSNN的煤自燃预测方法.该方法针对综放面采空区,在已测到的漏风强度Q和煤体温度Tc 的基础上,利用Rough Set(RS)的约简理论对测量数据约简.在此基础上构建了一种基于粗糙集的神经网络(Rough)然后利用该Rough预测最小浮煤厚度.实测数据验证表明,该方法比常规AMAX预测方法简便且精度高.该方法为基于网络的远程煤矿安全生产监测监控系统奠定了良好的基础.􀁱     

基于气相色谱技术的采空区煤自燃火灾预测预报研究

根据煤自燃过程中各个阶段产生的不同标志性气体的特点,采用气相色谱仪对某矿采空区气样进行定性和定量分析,依据标志性气体的成分及含量变化情况预测采空区的煤自燃发火状况,为提前采取针对性的预防措施奠定了基础。     

工作面回风巷瓦斯分布研究及监测布置探讨

测试了采煤工作面回风巷不同位置断面的瓦斯体积分数,作出了巷道断面的瓦斯分布云图,研究了回风流瓦斯体积分数分布规律,得出结论:距离工作面不同位置的巷道断面上瓦斯体积分数分布是不均匀的,瓦斯随着风流运移约100m后才能逐渐和空气混合均匀;上隅角涌出的采空区瓦斯对巷道瓦斯体积分数分布影响较大。对工作面回风流瓦斯监测及传感器布置提出了改进建议,即回风巷道瓦斯传感器应该布置在巷道的中线上,距离顶板不大于300mm,距上隅角10m处也应布置一个传感器测点。