“U+I”型孤岛工作面采空区漏风规律及其对自然发火的影响

为了很好的掌握阳泉二矿80509"U+I"型孤岛工作面的自然发火规律,通过运用单元法对工作面的漏风情况实测,以及利用FLUENT软件对采空区的漏风流场进行数值模拟,得出"U+I"型工作面情况下的采空区漏风流场;根据自燃"三带"的渗流风速划分标准得出"三带"的范围;并根据采空区风流流场情况详细分析了采空区漏风对自然发火的影响,为采空区防灭火技术实施提供理论依据。     

近距离煤层综放工作面采空区自然发火防治

为了预防石港煤矿15102工作面发生自然发火,对15102工作面易引起自燃的危险因素进行分析,并在14号煤层打顺层注浆钻孔,注入MEA高分子阻化泡沫,阻化采空区浮煤,同时在工作面推进过程中,在两巷间隔一定距离构筑漏风密闭,有效控制漏风,并使采空区浮煤的氧化得到了有效控制.     

瓦斯抽采下沿空留巷采空区自燃危险区域判定

由于沿空留巷工作面采空区漏风严重且对具有自然发火的煤层影响较大,所以研究沿空留巷采空区自燃危险区域具有重要意义。针对沿空留巷侧采空区瓦斯抽采及充填墙裂隙演化诱导漏风及自燃问题,以沙曲矿沿空留巷综放面为研究对象,通过SF6漏风实测及束管观测研究,研究了工作面及沿空留巷侧采空区漏风规律及氧气体积分数分布特征,并对采空区不同倾向范围内自燃氧化"三带"的分布区间进行了识别及划分,进而在理论及实测分析的基础上,结合工作面推进速度及煤层自然发火期发现在沿空留巷侧采空区倾向方向5~30 m存在自燃危险区,若改变工作面开采条件,其他非自燃区域可能转变为自燃危险区。     

高位巷道瓦斯抽采诱导浮煤自燃影响效应

基于高瓦斯易自燃煤层高位巷道瓦斯抽采技术条件下,以研究煤自燃形成机理为切入点,依据义马煤业集团耿村矿13190工作面自然发火实际情况,通过理论分析,数学建模及现场辅助测试,对煤岩裂隙发育漏风通道模式、采空区浮煤碎胀特性、漏风动力源展开研究,发现巷道瓦斯抽采,增加了高瓦斯易自燃煤层的自燃风险,主要体现在:1)造成工作面、采空区及抽放巷道端口间存在漏风通道及动力;2)采动应力及抽采巷道松动圈造成采空区煤岩裂隙充分发育,采空区浮煤压实程度降低,浮煤碎胀性增加,有利于煤自燃蓄热;3)采空区浮煤一旦氧化,造成采空区高温点与漏风通道间存在温度梯度,从而形成的内生火风压,加剧采空区破裂浮煤的自燃进程,诱导采空区浮煤自燃发生。     

含氧取代咪唑类离子液体影响煤结构及其氧化性质的实验研究

为考察离子液体对煤中易氧化活性结构的溶解能力，选取两种阳离子含氧取代咪唑类离子液体\[AOEmim\]BF 4和\[HOEmim\]BF 4分别对煤进行预处理。利用原位傅里叶红外光谱仪(In-Situ FTIR)测试了原煤与处理煤红外官能团谱图，分析结果显示：离子液体能破碎煤结构，且两种离子液体阳离子中的含氧基团能够与煤络合，生成羧基。对原煤和离子液体处理煤进行的热分析实验，结果显示：离子液体处理煤在低温时放热速率较快，而在超过250 ℃的高温阶段，放热速率明显减慢直至低于原煤的放热速率。\[HOEmim\]BF 4处理煤放热速率降低远远早于\[AOEmim\]BF 4处理煤。综合红外和热分析实验结果，解释了\[HOEmim\]BF 4与煤相互作用机理。     

立体抽采下采场瓦斯流动规律及模拟

为了更好的研究瓦斯立体抽采条件下的采空区的瓦斯流动和涌出规律,根据"砌体梁"的顶板下沉移动曲线和导气裂隙带的"O"型圈理论,研究煤矿井下采空区破碎煤岩的渗流特性,对垮落带破碎煤岩的渗透率进行量化研究,推导出正常回采期间采空区垮落带的渗透率半理论化的表达式,并将其应用于阳泉三矿K8206综采工作面的U+I型+高抽巷的瓦斯立体抽采系统中,根据现场情况建立对应的CFD模型,得出瓦斯立体抽采条件下采空区瓦斯流动及分布规律,数值模拟结果和现场大量观测数据高度吻合,为瓦斯抽采系统的设计和优化提供理论依据.     

瓦斯抽采U+Ⅱ型近距离煤层自燃的耦合关系

针对立体瓦斯抽采及上覆岩层裂隙演化对采空区浮煤自燃的影响，以研究漏风通道及煤氧化动力为切入点，以阳泉矿区U+Ⅱ型综放工作面为背景，研究立体瓦斯抽采及煤岩裂隙发育造成采空区漏风与自燃的耦合关系。经研究发现，瓦斯抽采及上覆岩层的裂隙发育为采空区浮煤氧化提供了漏风通道及动力，加剧了采空区浮煤的氧化。     

承压破碎煤体低温氧化试验系统研制及应用

为研究应力、温度、水分对采空区煤自燃的综合影响,结合多场耦合理论与现有测试技术,开发一套煤低温氧化试验系统。该试验系统可模拟应力、温度、水分及渗流环境,可测试采空区破碎煤体在不同应力、温度、水分条件下的渗透参数,改变了目前煤低温氧化测试不能加载应力的现状,改进了煤自燃的试验研究方法,为后续研究承压破碎煤体多场耦合氧化机制及氧化动力行为差异性提供了途径。应用该系统测试了承压破碎煤体的低温氧化特征,识别了应力、温度、水分对煤体堆积状态和低温氧化过程的影响。     

浅埋煤层重复采动覆岩裂隙及漏风通道演化模拟研究

为了研究浅埋藏近距离煤层群重复采动下地表漏风对采空区煤自燃的影响,利用FLAC~(3D)数值模拟软件,对神东矿区补连塔矿回采不同阶段覆岩孔隙率的发育规律、塑性区分布以及覆岩垮落高度进行模拟分析。结果表明:(1)上煤层回采完毕后,覆岩裂隙发育呈"U"形分布,最大裂隙高度达130 m,尚未通达地表;下煤层回采完毕后,覆岩最大裂隙高度达162 m,贯通地表。(2)上煤层回采完毕后,覆岩在上煤层上方62 m处发生明显离层,离层区下方覆岩下沉高度1.75~4 m,离层区至上覆岩层下沉高度0.25~1 m;下煤层回采完毕后,离层区进一步发育,离层区下煤层采空区顶板垮落,上煤层采空区岩体进一步沉陷,最大下沉高度达7 m,离层区至上覆岩层下沉高度1~2 m。(3)在回采同一阶段,同一高度覆岩孔隙率变化率两侧大于中部;下煤层的回采使上煤层覆岩孔隙进一步发育,孔隙率变化率明显增大。