SF6测定水力割缝钻孔抽采影响半径研究

为了确定彬长孟村煤矿4号低透气性煤层水力割缝钻孔的最优抽采影响半径,在401103工作面进行割缝钻孔瓦斯抽放试验,采用SF₆气体示踪法测定401103工作面瓦斯的抽放半径,分析比较不同抽放半径(4 m、5 m、6 m、7 m、8 m、9 m)下的SF₆浓度。结果表明,测试孔中SF₆气体浓度衰减较快,SF₆浓度呈现逐渐减小趋势;随钻孔间距逐渐增大,SF₆浓度呈现减小的趋势,钻孔间距增大到6 m时,SF₆浓度急剧减小,钻孔间贯通裂隙较少,SF₆气体测定抽采影响半径范围为5 m,该方法与传统压降法相比更加准确和便捷。     

采煤工作面顶抽巷抽采气体来源及范围测定

为了解同忻矿8309综放工作面顶抽巷瓦斯浓度偏低的原因,采用SF₆示踪气体测定技术来确定顶抽巷抽采气体来源和抽采影响范围。测试结果表明,顶抽巷抽采气体来源为工作面新鲜风流及采空区,抽采影响范围约为20 m,工作面漏风是造成顶抽巷瓦斯浓度偏低的主要原因,提出了减少漏风的措施。     

地面钻井抽采负压对采空区气体流场分布影响

将采空区视为各向同性多孔介质,构建了采空区气体流场基本闭合方程组,利用FLUENT模拟软件对采空区内部气体流场进行模拟,分析了地面钻井不同抽采条件下的采空区内部气体浓度分布特征,以此研究地面钻井不同抽采负压对采空区气体流场的影响。研究发现地面钻井布置在采空区靠近回风巷20～70 m有利于抽采,且负压抽采可能给采空区带来自然发火的危险,但在采取一定的监控措施下,40～50 kPa的抽采负压是可取的。     

采煤工作面瓦斯抽采有效半径现场测定方法

为解决潘西煤矿6199采煤工作面本煤层预抽瓦斯抽采浓度低、抽采流量低等问题,通过采取数值模拟与SF₆示踪气体现场实测相结合的方法进行了抽采有效半径的测定,得到了孔径94 mm的本煤层瓦斯抽采钻孔抽采有效半径是2.8 m。根据抽采有效半径进行科学布置钻孔间距,抽采浓度、抽采流量得到提高,获得了较好的抽放效果。     

远距离抽采条件下采空区煤自燃区域分布规律

针对塔山煤矿8204-2工作面上方地形复杂、只能在回采起点集中布置钻孔抽采瓦斯的特殊情况,利用数值模拟软件研究分析回采期间不同回采长度和不同注氮量下采空区氧气摩尔浓度分布情况,确定该特殊情况下采空区自燃"三带"和煤自燃危险区域。结果表明:远距离抽采瓦斯使煤自燃危险区域变大;随着回采长度的增长,自燃带逐渐变宽;当回采长度为50 m时,自燃带宽度增宽速率突然变大,进风侧自燃带变宽幅度与回采长度变长幅度比例比回采长度为30~50 m时高出180%,回风侧相应宽度则高出140%,遗煤自燃危险性变大;注氮可大幅度减小采空区煤自燃危险区域。     

基于惰化平衡的厚煤层透采空区煤自燃防控方法

厚煤层开采过程受原有分层开采工艺的影响,原有老采空区被揭露,工作面风流在压差的作用下漏入煤层内采空区,极易引起采空区内破碎遗煤自燃并产生大量有害气体。以水帘洞煤矿大巷煤柱(北)综放工作面为例,在分析厚煤层综放开采条件下工作面透采空区时各流场之间耦合关系的基础上,采用SF₆示踪气体漏风测试和数值分析相结合的方法,研究工作面在回采过程中透采空区的特点及漏风规律,提出了基于惰化平衡的厚煤层透采空区煤自燃防控方法。研究结果表明：工作面距切眼200 m范围内本煤层内采空区之间存在较为明显的漏风通道;工作面切眼贯通,漏风流O₂向回风侧运移,且其体积分数随距切眼距离的增加而逐渐减小;切眼向外约100 m范围为本煤层采空区煤自燃危险区域;通过封闭式氮气惰化、多钻孔连续压注凝胶等方法,实现采空区惰化平衡,在工作面开切眼、过采空区、停采时期高效防治采空区煤自燃。     

文家坡煤矿工作面漏风规律及隅角封堵效果

为解决陕西彬长文家坡煤矿4105工作面采空区因工作面漏风易引发煤自燃的潜在安全隐患,利用SF₆示踪法检测采空区漏风通道,掌握工作面漏风规律。利用COMSOL数值模拟软件分析不同封堵条件下的采空区瓦斯运移规律,明确了同封堵条件下的采空区瓦斯运移效果。研究结果表明,工作面100#～120#支架之间30 m范围内SF₆响应度显著,存在明显漏风通道或数量较多的细小漏风通道;上下隅角均未封堵的情况下,漏风量最大,且漏风迹线遍布整个采空区,遗煤自燃概率最大;仅封堵下隅角时,漏风量相对减少,且漏风迹线在采空区中部分布较少,遗煤自燃概率有所降低。同时,对上下隅角进行封堵时,漏风量最少,且漏风迹线在采空区中部分布、工作面与采空区交界面附近分布较少,遗煤自燃概率最低。采空区漏风封堵时应对上下隅角同时进行封堵,切断漏风通道,减少采空区漏风。     

工作面沿空侧采空区煤自燃危险区域研究北大核心

为研究沿空掘巷工作面在不同开采时期沿空侧采空区煤自燃危险区域,以营盘壕煤矿2202工作面和沿空侧2201采空区为例,采用煤自然发火实验分析2201采空区遗煤自燃极限参数,提出沿空侧采空区煤自燃危险区域判别条件,通过保护煤柱施工钻孔监测沿空侧2201采空区内气体体积分数和温度,利用Fluent数值模拟研究沿空侧2201采空区氧气体积分数分布规律,划分出沿空侧采空区煤自燃危险区域。结果表明:2202工作面回采期间,保护煤柱应力集中导致煤体破碎,沿空侧采空区氧气体积分数在10.1%~13.8%范围;工作面停采前沿空侧采空区氧气体积分数在10.3%~15%之间,回采期间,沿空侧采空区煤自燃危险区域为2202工作面前部45 m至后部119 m宽55 m靠近煤柱侧的狭长区域;停采前,沿空侧采空区煤自燃危险区域为2202工作面前部63 m至后部107 m宽42 m靠近煤柱侧的狭长区域。     

采空区气体微流动场模拟研究

为分析在短期内消除采空区自燃火灾气体对工作面影响,进而确定抽放参数,针对霍州煤电集团回坡底煤矿采空区局部自燃火源点的火灾情况,提出了用地面钻孔抽放采空区自燃火灾气体,使其避免流向工作面的方法。通过XK型煤自然发火试验台及XKS程序升温试验台进行了试验分析,推出煤自燃表面分子结构模型。以多孔介质流体动力学以及能量守恒定律为理论基础,以陶粒为相似模拟材料对采空区气体微流动进行了多孔介质相似模拟以及数值模拟研究。结果表明,示踪气体从工作面流入采空区,最终在采空区深部聚集,且在射流惯性作用下,进风侧聚集明显,回风侧因为卷吸作用,气体浓度较低。     

基于流场模拟的复采工作面采空区自燃危险区域预测

根据复采工作面采空区浮煤自燃特点分析,简化复采采空区渗流物理模型,建立渗流-扩散数学模型;通过现场采空区的气体数据观测分析,确定出边界条件,并对复采工作面采空区流场进行数值模拟,得出采空区内部渗流速度及氧气浓度分布;结合实验所得煤体自燃极限参数,判定采空区自燃危险区域,预测精度能够满足实际防灭火需要,可为复采过程浮煤自燃的防治提供指导。     

基于FEMLAB的采空区煤层自然发火影响因素数值模拟

为了解决采空区煤层气抽采效率低、采空区漏风、煤层自然发火等问题,建立了采空区流场和温度场耦合数学模型,利用FEMLAB软件对采空区气体流场分布进行了数值模拟,分析了有无抽采对采空区煤层气改变氧化升温带的主要影响因素,以此研究合理的抽采位置、抽采方法、抽采量及工作面推进速度。研究发现,在推进度v=2.0 m/d下,采空区经历了缓慢氧化、加剧氧化和激烈氧化3个过程,70 d后发生采空区自燃;在推进度v=2.6 m/d下,采空区在100 d后发生采空区自燃;采空区自燃危险区域应在35~280 m,自燃氧化带宽度约为245 m。     

注氮条件下瓦斯抽采对采空区自燃“三带”的影响

为了解决高抽巷抽采引起采空区漏风量增加导致采空区遗煤自燃倾向增大的问题,针对正行煤矿1502综放工作面开采具有高瓦斯易自燃的特点,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,通过Fluent软件模拟了采空区未采取注氮和抽采措施、高抽巷抽采和注氮条件下高抽巷抽采等3种情况的采空区瓦斯浓度场、漏风场、氧气浓度场的变化情况,得出了采空区自燃"三带"分布范围:散热带0~23 m,氧化带23~69 m,大于69 m为窒息带;将采空区自燃危险性区域确定为23~69 m。根据以上结果,对注氮效果、抽采负压进行评价,完善了采空区在注氮条件下高抽巷抽采防灭火系统。     

“U+L”型通风工作面瓦斯抽采对采空区自燃危险区域影响研究

为了掌握"U+L"型通风工作面自燃危险区域分布情况,更好地协调工作面瓦斯抽采与防灭火工作,采用现场试验的方式对典型工作面进行试验研究。试验在工作面采空区回风侧每隔30 m设置1个束管取样口和1个测温装置,各测点随着工作面的推进,连续测试采空区气体成分及温度数据;通过调整瓦斯抽采方式,测试采空区自燃危险区域分布情况。结果表明:"U+L"型通风配合瓦斯抽采能很好地解决工作面瓦斯超限问题,但会造成严重的采空区漏风;通过取消不合理的瓦斯抽采手段,能够保证工作面瓦斯抽采满足安全生产要求的同时明显缩小采空区自燃危险区域,降低采空区自然发火危险。     

基于CFD模型地面钻井抽采对采空区气体浓度场的影响分析

以某矿5#煤层的保护层作为研究对象,通过建立采空区瓦斯抽采的三维物理模型,数值模拟得到采空区未抽采前气体浓度场及地面井单井抽采和多地面井抽采条件下采空区气体浓度场分布。结果表明,在未实施地面钻井抽采时,靠近工作面侧瓦斯浓度较低,氧气浓度较高,随着往采空区深部距离的增加,瓦斯浓度逐渐升高,氧气浓度逐渐降低;单钻井抽采瓦斯会增大采空区富氧带范围,氧气浓度会随着瓦斯抽采流量的增加而增大;联合钻井抽采会在采空区内部形成较为均匀分布的低压区,在保证抽采瓦斯浓度的同时,又不会导致采空区内漏风而急剧扩大富氧带范围。结果为现场采空区瓦斯治理工作提供一定的理论依据。     

高瓦斯矿井采空区注入CO2防治遗留煤体自燃研究

以晋能控股煤业集团某矿北翼采区的N2202工作面为工程背景，通过现场调研、实验室实验、数值模拟和现场工业性试验等相结合的研究方法，对采空区内注入CO₂来防治采空区内遗留煤体自燃难题进行了研究。结果表明：CO₂对于混合煤样中吸附状态CH₄的平均置换率为21%，平均置换比为1.6；注入CO₂后N2202回风侧采空区浅部原本存在的CH₄富集带被消除，采空区浅部区域CH₄浓度明显下降；注入CO₂后采空区内散热区宽度从12 m缩减至10 m，氧化区宽度从84 m缩减至30 m，采空区内氧化区与CH₄浓度较高区被分离开来；采空区内注入CO₂后，高抽巷内抽采气体中CH₄浓度平均值提高了13.7个百分点。研究结果为类似矿井防治采空区内遗留煤体自燃提供了指导意义。     

地面钻孔抽采对采空区瓦斯运移及自然发火的影响数值模拟研究

地面钻孔抽采导致采空区漏风增加,采空区内瓦斯及氧气浓度分布发生变化,影响采空区自燃危险性。采用数值模拟的方法,对不同钻孔抽采量和抽采位置条件下采空区氧化带宽度及瓦斯浓度分布情况进行了模拟,研究结果表明,经地面钻孔抽采后,采空区两侧瓦斯浓度降低,高浓度瓦斯位置整体后移,但自燃氧化带宽度随之增加。随着抽采流量增加,瓦斯浓度降低,氧化带宽度增加;在靠近工作面及采空区深部位置布置钻孔进行联合抽采时,瓦斯浓度及自燃氧化带分布较为理想。采用多孔联合抽采方式时,在合理的布孔间距和抽采流量条件下,既可以降低采空区瓦斯浓度又能控制自燃氧化带宽度范围,能够有效解决采空区瓦斯涌出与自然发火问题。     

浅埋近距离煤层群上覆采空区火灾及气体下泄防治研究

针对沙坪煤矿13103工作面浅埋近距离煤层上覆采空区煤层自燃和气体下泄问题,综合利用地面红外探测和同位素测氡等多种方法探测13103工作面上覆采空区自然发火状态,在此基础上用SF₆气体进行漏风通道测定,并采用数值模拟方法分析了CO气体的下泄机理。研究结果表明：煤层自燃倾向性、复杂埋藏条件和老窑火区是发生煤层自燃的主要原因,在标定12个火区中心点和39 077 m²隐患区域基础上,发现地面、采空区火区和工作面三者裂隙相互连接是导致CO气体在工作面后半部分涌入工作面并在回风隅角处聚集的主要原因。同时,研究发现,采用井上下联防联控手段可消除上覆采空区内高温点,使得CO气体浓度稳定在0.05%以下,有效控制了采空区自燃和气体下泄问题,保障了13103工作面安全生产。     

张集煤矿1301综放面采空区气体场分布规律研究

为确定张集煤矿1301综放面采空区遗煤自燃风险范围，采用经孔隙度优化的数值模拟与现场实测相结合的方法，研究了该综放面采空区自燃“三带”分布规律以及CH₄在采空区内部的分布特点，确定了该综放面采空区煤自燃危险区域，明确了工作面的最小安全推进速度。结果表明：采空区CH₄体积分数随工作面走向距离的增加呈整体上升趋势；但在采空区中部沿走向存在20～80 m的相对稳定区；O₂体积分数随采空区深度的增加呈明显下降趋势，进、回风侧采空区氧化带范围分别为44.8～76.8 m、27.6～51.3 m.为了防止1301综放面采空区遗煤自燃，在不采取其他防火技术措施的情况下，应确保综放面推进速度大于1.43 m/d.     

新河煤矿采空区自燃“三带”分布及防火技术研究

随着新河煤矿开采深度的增加，煤自燃初始温度升高，导致发火危险性增加。为预防新河煤矿7312工作面采空区发生煤自燃事故，通过监测采空区气体浓度，得到采空区内O₂浓度的变化规律，利用FLUENT软件对O₂分布进行模拟，得到自燃“三带”模拟结果与观测结果一致，以此对工作面进行采空区自燃火灾防治技术研究。     

高瓦斯易自燃煤层采空区抽采瓦斯方法对比分析

为了研究高瓦斯易自燃煤层采空区瓦斯与火灾复合灾害共存的情况下抽采瓦斯对采空区遗煤自然发火的影响,以彬长矿区文家坡煤矿高瓦斯易自燃的首采4101工作面为研究对象,利用ANSYS三维可视化数值模拟软件,建立了采空区漏风流场的数值模型,定量对比研究了高位钻孔抽采、邻近巷抽采和埋管抽采3种不同抽采瓦斯方法下采空区瓦斯浓度分布、采空区漏风流场以及采空区"三带"宽度范围变化的差异性。研究结果表明:采用高位钻孔抽采方法时采空区漏风流场和自燃带宽度范围在采空区深部30 m范围内的影响和变化都相对较小,能够有效的减少采空区瓦斯与火灾复合灾害的发生,从而对工作面的安全高效回采提供保障。