坚硬砂岩失稳摩擦速度引燃瓦斯试验研究

为研究坚硬石英砂岩顶板冒落过程中摩擦引燃采空区瓦斯的作用机理,利用自主设计的岩石摩擦试验设备进行了不同速度下岩石摩擦试验,使用高清摄影机观察岩石摩擦所引起的火花现象,并对红外热成像仪实时收集的岩石摩擦所产生的红外辐射温度进行监测。根据试验结果可以得出:坚硬砂岩之间摩擦速度越快,坚硬砂岩摩擦做功越多,摩擦面所积聚能量越多,机械能转化为热能越来越快,可加快瓦斯与空气之间链式反应。当坚硬砂岩间摩擦速度V6.24m/s,不会引起箱体内瓦斯爆炸;反之,则会引起箱体内瓦斯爆炸。     

浅谈坚硬石英砂岩顶板综放工作面通风方式优选

夏阔坦矿业公司工作面顶板为坚硬细砾砂岩和石英砂岩,采空区易悬顶,顶板来压垮落时,易引起采空区瓦斯燃爆、回风隅角和回风流瓦斯超限。在氧气、火源不可控条件下,通过优选合理的工作面通风方式,改变采空区风流场和瓦斯浓度场,超前采取顶板预裂爆破、高位钻孔抽采等手段使工作面顶板垮落在瓦斯浓度3%以下采空区区域内,有效预防采煤工作面回风隅角瓦斯超限和坚硬石英砂岩相互摩擦、撞击产生火花引燃采空区瓦斯等事故。     

浅淡坚硬石英砂岩顶板综放工作面通风方式优选

夏阔坦矿业公司工作面顶板为坚硬细砾砂岩和石英砂岩,采空区易悬顶,顶板来压垮落时,易引起采空区瓦斯燃爆、回风隅角和回风流瓦斯超限。在氧气、火源不可控条件下,通过优选合理的工作面通风方式,改变采空区风流场和瓦斯浓度场,超前采取顶板预裂爆破、高位钻孔抽采等手段使工作面顶板垮落在瓦斯浓度3%以下采空区区域内,有效预防采煤工作面回风隅角瓦斯超限和坚硬石英砂岩相互摩擦、撞击产生火花引燃采空区瓦斯等事故。     

基于3DEC的采空区顶板垮落形成摩擦面位置分析

基于夏阔坦煤矿1007工作面生产实际,运用矿山压力理论,采用3DEC数值模拟软件,研究了因顶板失稳摩擦引燃采空区瓦斯的危险区域。结果表明,当采空区内顶板岩层发生"O-X"破断后,体积较小的弧三角岩块具有较高发生滑落失稳的可能性,弧三角岩块易沿倾斜破断迹线发生滑落失稳摩擦。从顶板运动控制层面防治岩层破断失稳引燃采空区瓦斯事故,应重点对工作面端部弧三角区域岩层进行处理,使其及时垮落,减小垮落步距。     

坚硬顶板垮落诱发瓦斯爆燃机理及预防

以夏阔坦综放工作面为研究对象,通过试验研究和理论分析,研究了坚硬顶板垮落撞击摩擦发火现象及诱发采空区瓦斯爆燃机理,运用流体动力学分析软件Fluent模拟分析采空区瓦斯分布规律及易爆燃部位。研究结果表明:坚硬石英砂岩顶板在垮落撞击摩擦过程中产生高温火花,能够引燃采空区瓦斯,诱发瓦斯爆燃事故;撞击摩擦面升高的温度ΔT与垮落岩体质量m、垮落高度H成正相关关系,接触面的升温随着垮落岩块体积及其冒落运动高度的增加而增大。根据采空区瓦斯浓度分布规律,工作面"U"型通风方式下瓦斯易燃易爆点分布在上端头采空区靠近工作面部位;"Y"型通风方式下瓦斯易燃易爆点主要分布在工作面中部采空区,并提出了强制放顶、采空区矸石喷水、注入惰性气体和采空区瓦斯抽放等预防措施。     

综采工作面坚硬顶板垮落运动形式及碰撞摩擦特征

通过UDEC软件阐明了坚硬顶板垮落6种运动形式,建立了顶板垮落的碰撞及摩擦计算模型,结合新集二矿121109工作面条件,得到了该工作面坚硬顶板垮落碰撞时碰撞速度及摩擦时摩擦力的分布区间。研究结果表明:121109工作面在推进过程中石英砂岩直接顶可能经历直接回转、二次回转、双向回转等垮落运动形式,且顶板垮落碰撞时碰撞速度区间理论值为2.78～8.31 m/s,考虑富裕系数值为3.34～9.97 m/s;顶板垮落摩擦时摩擦力区间理论值为8 294.27～17 325 kN,考虑富裕系数值为9 953.12～20 790 kN。     

煤矿井下岩石摩擦对瓦斯气体的点燃特性

随着开采强度的不断加大,煤矿井下岩石摩擦引燃(爆)瓦斯的情况时有发生。通过岩辊渐进摩擦实验研究发现:岩石摩擦的最大闪温与相对摩擦速度的平方根成正比,岩石摩擦产生的热条痕对瓦斯的点燃能力要大于炽热颗粒,且其点火能力与岩石中能够提高表面硬度、避免热条痕磨损的坚硬组分,如石英、岩屑和长石的含量有着密切的正相关关系。另外,顶板岩块摩擦点燃瓦斯一般发生在工作面矿山压力显著显现时期,发生的地点通常在支架后部斜上方的位置。     

背斜坚硬顶板采空区瓦斯燃烧原因分析及处理措施北大核心

基于新集二矿121109综采工作面岩石撞击摩擦火花引燃采空区瓦斯燃烧事故调查分析,开展坚硬石英顶板煤层开采瓦斯防治技术研究,分析坚硬岩石顶板撞击摩擦机理和背斜地质构造瓦斯流动规律。研究结果表明:采取采空区瓦斯抽放、顶板预裂爆破、湿化采空区环境和注入惰性气体等预防措施能够有效的预防回采期间采空区瓦斯燃烧等问题。     

背斜坚硬顶板采空区瓦斯燃烧原因分析及处理措施

基于新集二矿121109综采工作面岩石撞击摩擦火花引燃采空区瓦斯燃烧事故调查分析,开展坚硬石英顶板煤层开采瓦斯防治技术研究,分析坚硬岩石顶板撞击摩擦机理和背斜地质构造瓦斯流动规律。研究结果表明:采取采空区瓦斯抽放、顶板预裂爆破、湿化采空区环境和注入惰性气体等预防措施能够有效的预防回采期间采空区瓦斯燃烧等问题。     

大倾角坚硬顶板冒落撞击摩擦试验研究

针对大倾角坚硬顶板垮落时岩块撞击摩擦产生火花点燃采空区遗煤和瓦斯的突出问题,通过理论计算和实验室试验的方法,分析了工作面坚硬顶板岩石的化学成分和能量转化情况,得出了中煤新集二矿岩石撞击摩擦产生火花的原因。试验结果表明:含有黄铁矿的石英砂岩能够增加引燃采空区遗煤和瓦斯的概率;在8 kN和12 kN压力下分别摩擦60次,光面摩擦和粗糙面摩擦升温均为1.0～2.1℃,且岩石表面升温与摩擦时间(次数)成一次线性关系,与岩石表面粗糙程度成正相关关系;在不同高度(0.9、1.0、1.5 m)下进行撞击试验,岩石表面升温与碰撞时岩块所具有的能量以及碰撞次数成正相关的关系。根据上述影响因素给出深孔预裂爆破、顶板走向钻孔及上隅角埋管综合抽采等预防措施,可有效实现采空区防火、防爆。     

采空区顶板岩石摩擦引燃(爆)瓦斯理论分析

基于热传导理论,推导出煤矿采空区顶板岩石摩擦表面的最大闪温表达式,并结合实际在理论层面上分析了岩石摩擦引燃瓦斯的可能性和引燃因素,结果表明岩石摩擦表面的闪温足以点燃瓦斯,顶板岩块摩擦引燃瓦斯的能力受岩块的物理及热力学性质、岩块的力学性质、摩擦表面的结构特性、顶板岩层的结构尺寸、载荷、岩块间的相对滑动速度等因素影响。     

坚硬顶板工作面覆岩运动规律数值模拟

采用3DEC数值模拟软件,研究了坚硬顶板工作面覆岩运动规律。研究结果表明,坚硬顶板条件下工作面初次来压步距和周期来压步距及来压强度大于普通工作面;工作面第一层细粒砂岩初次来压步距为70 m,周期来压步距约为40 m;第二层石英砂岩初次来压步距为40 m,周期来压步距约为20 m。     

煤矿采空区顶板岩石摩擦对瓦斯的点火特性

在描述煤矿采空区顶板铰接岩块滑落失稳摩擦过程的基础上,基于热传导理论和对流换热相似原理,给出岩石摩擦表面的最大闪温计算公式和热条痕及炽热颗粒点燃瓦斯的临界特征尺寸,得出:最大闪温与相对摩擦速度的平方根和顶板周期来压步距的平方成正比,岩石摩擦产生的热条痕对瓦斯的点燃能力要大于炽热颗粒。当采空区顶板岩层比较坚硬时,在其周期来压时极易引发瓦斯燃烧或爆炸事故。     

割煤截齿摩擦石英砂岩引燃(爆)煤壁短钻孔涌出瓦斯的危险性研究

本文针对夹矸(石英砂岩)煤层的综采工作面,存在割煤截齿摩擦石英砂岩引燃(爆)浅孔抽放短钻孔涌出瓦斯的风险,以试验工作面为研究背景,通过Fluent数值模拟和MATLAB数据处理分析,研究了对采煤机滚筒后方浅孔抽放钻孔口周围瓦斯引燃危险区的分布规律,并在现场释放CO2模拟了钻孔瓦斯涌出的情况,测得的CO2体积分数分布与数值模拟结果基本一致.研究结果表明:当钻孔口处于采煤机滚筒后方不同位置时,其周围瓦斯引燃(爆)危险区的形状、大小及在钻孔口的分布方位都发生变化.随着钻孔瓦斯流量的增大,瓦斯引燃(爆)危险区的形状基本相同,面积增大,竖直长度随之线性增加;但在采煤机滚筒后方1 m这个最易引起爆炸的范围内,瓦斯引燃(爆)危险区的面积并不大,最大竖直长度为196 mm,如果在竖直方向将钻孔距石英砂岩的安全距离控制在392 mm以上,可以避免浅孔抽放短钻孔涌出瓦斯被引燃(爆)的风险.     

含黄铁矿坚硬砂岩顶板垮落碰撞摩擦发火特征研究

针对新集二矿121109工作面采空区顶板岩石冒落碰撞产生火花引起采空区局部瓦斯燃烧的情况，通过理论分析、实验室实验、现场监测等综合研究手段，揭示了含黄铁矿坚硬砂岩顶板垮落碰撞摩擦发火特征。总结提出了煤层顶板中黄铁矿、石英含量较高，是造成岩石摩擦升温的重要因素，砂岩顶板在接触压力较大情况下以极低运动速度摩擦即会产生连续火花，相同接触摩擦条件下，含黄铁矿岩芯更易产生连续火花，且其火花强度比纯砂岩岩芯的高。研究成果可为类似条件下其他煤矿的灾害治理提供重要理论支持。     

背斜坚硬顶板采空区瓦斯燃烧原因分析及处理

基于新集二矿121109综采工作面岩石撞击摩擦火花引起采空区瓦斯燃烧事故调查分析,开展坚硬石英顶板煤层开采瓦斯防治技术研究,分析坚硬岩石顶板撞击摩擦机理和背斜地质构造瓦斯流动规律。研究结果表明:采取采空区瓦斯抽放、顶板预裂爆破、湿化采空区环境和注入惰性气体等预防措施,能够有效地预防回采期间采空区瓦斯燃烧等问题,为类似煤层赋存条件下安全开采提供借鉴。     

坚硬砂岩顶板条件下采空区瓦斯运移规律

以夏阔坦煤矿1007综放工作面为研究背景,运用FLUENT软件模拟分析砂岩顶板条件下采空区瓦斯运移规律。随着工作面的推进,上覆顶板岩石垮落在采空区内,在垮落过程中质量大的岩块相互撞击摩擦,一方面会在采空区内产生高温摩擦点并伴随有摩擦火花产生,另一方面对于采空区多孔介质的渗透率影响较大,大量的岩块垮落在一起,为采空区内瓦斯气体自由逸散和混合提供了有利条件。通过模拟分析研究,尽可能避免瓦斯燃爆事故的发生,且对煤矿安全生产提供可靠的依据。     

特厚煤层坚硬顶板综放开采矿压特征及覆岩破断规律研究

同忻煤矿主采石炭系3-5号煤层,平均煤厚约为15 m,其顶板主要由砂岩和砾岩组成的坚硬顶板。上部侏罗系内赋存有四层煤层,大部分已被开采,在坚硬顶板和煤层群遗留煤柱条件下,工作面回采期间矿压显现强烈。通过对同忻煤矿8309工作面现场矿压监测,分析工作面支架循环末阻力,得到工作面初次来压步距为70～75 m,周期来压步距为10.69～44.36 m,来压期间最大工作面阻力为15 873.15 kN.利用3DEC数值模拟软件对8311工作面回采过程中上覆岩层的运动规律进行模拟,随着工作面向前推进,工作面逐渐呈现“下位悬臂梁与上位砌体梁”结构,得到了上覆坚硬顶板破断、失稳、垮落的特征规律。为具有类似条件的综放工作面回采提供可靠参考。     

煤与瓦斯突出矿井工作面顶板高位钻孔优化设计

为提高瓦斯抽采率,基于采场围岩裂隙发育特征及瓦斯流动规律,采用UDEC数值模拟软件模拟祁南煤矿342工作面在推进时的覆岩裂隙发育规律,优化工作面顶板高位钻孔设计方案。研究结果表明:当工作面推进速度5 m/d时,裂隙发育和瓦斯积聚区距煤层顶板12~22 m,在高位钻孔的层位控制范围,高位钻孔倾向控制范围优化为距回风巷9~36 m,钻场间钻孔的压茬距离35 m。祁南煤矿342工作面顶板高位钻孔按优化方案设计施工,单孔最大瓦斯抽采体积分数达84%,高位钻孔瓦斯抽采率达50%以上,工作面回风流的瓦斯体积分数控制在0.6%以下,保证了工作面的安全开采。     

近水平坚硬顶板特厚煤层开采失稳规律研究

在特厚煤层与厚层坚硬顶板共同作用下,采煤工作面顶板来压的强度较普通采场更为剧烈,矿压显现的规律也更为复杂。以同煤某工作面为研究对象,分别运用室内实验与数值模拟相结合的手段对该工作面厚硬顶板的破裂结构特征、应力特征和塑性区分布特征展开研究。结果表明:厚硬顶板的支撑作用对整个采场结构的稳定起到了决定性的作用;裂隙场的高度达到91 m左右;充分采动后,覆岩的前后坍塌角度分别为64°与68°;采动剧烈区与采动影响区分布在工作面前方12~22 m与22~100 m处,且坚硬顶板失稳破断时,采场塑性区向上扩展的角度大致相同。采场最终形成的塑性区类似梯形,覆岩的剪切破坏明显,且主要集中在覆岩的右侧区域。