采空区煤自燃引爆瓦斯的机理及控制技术

为有效防治高瓦斯易自燃矿井煤自燃引发瓦斯爆炸的难题,实验研究了CH₄与煤自燃火灾主要气体CO的混合气体的爆炸浓度范围及爆炸危险度,理论分析了煤自燃引爆瓦斯的可能发生区域和参与过程.结果表明,在高瓦斯易自燃矿井采空区内,当CH₄气体中混入大量CO,则混合气体的爆炸浓度上、下限的范围大大增加,爆炸危险度增大;同时,在煤自燃产生的火风压作用下,在发火区与非发火区之间不断形成CH₄,CO与新鲜空气的充分混合和热量的对流交换,导致瓦斯爆炸事故的发生.最后提出了采用大流量高品质的含N2三相泡沫来防治煤自燃引爆瓦斯的新技术.     

自燃煤层放顶煤开采采空区“三带”划分研究

针对采空区遗煤氧化升温导致火灾现象，采用现场实测方法，研究采空区O₂、CO、CH₄浓度以及温度变化特征，结合遗煤氧化升温特性，对采空区发火趋势进行了预测。研究结果表明：当工作面推进超过80 m时，煤体已经充分压实，氧气浓度降低制约遗煤氧化升温反应，采空区进入窒息带，CO浓度稳定在18×10^-6;CH₄浓度变化随推进距离呈现连续增长趋势，略有下降后逐渐稳定，由工作面中部向两侧巷道纵向递减，最大CH₄浓度为1.15%;采空区各测点达到温度峰值呈现滞后性，工作面中部测点温度出现峰值时间早于回风巷早于进风巷，最高温度不超过21.2℃;采用氧浓度指标法确定氧化升温带为42.8 m,工作面最小安全推进速度0.658 m/d,在正常回采期间不会发生遗煤自燃现象。     

瓦斯对煤自燃过程中官能团演变的影响

为了探究瓦斯与煤自燃复合灾害演化过程中瓦斯对煤自燃进程的影响机制,以煤体内部化学官能团作为指标变量,基于正交实验设计及分析方法,分别研究了煤自燃过程中CH₄浓度、O₂浓度、N₂浓度及氧化温度对煤体内部不同种类官能团的影响规律。实验结果表明:与—CH₂—/—CH₃、C—H或—OH等其他官能团相比,—COOH与煤体氧化程度的线性拟合相似度最高,能够准确地反映煤体氧化进程。煤自燃过程中CH₄对—COOH占比的影响可分3个阶段进行,CH₄浓度＜6.0%时,CH₄有助于—COOH等官能团的氧化消耗,且浓度增加激励作用更为显著;6.0%＜CH₄浓度＜13.6%时,CH4仍起到促进作用,但促进幅度逐步降低;CH₄浓度＞13.6%时,CH₄起到抑制作用,且随着浓度的增加抑制作用逐步加剧;相较于N₂,低浓度和中浓度时CH₄对—COOH消耗的促进效应更强,高浓度时对—COOH消耗的抑制效应则更弱。     

综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术

为研究综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域空间分布规律,及时预防耦合灾害事故发生,研究了综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术。在对遗煤自燃与瓦斯爆炸耦合灾害致灾特性研究的基础上,分析了耦合灾害发生原因、判定原理和判定方法。以试验工作面为例,对采空区各气体浓度场测量、重建与分析,考虑其他可燃性气体对CH4爆炸界限的影响,叠加确定了各空间高度上耦合灾害危险区域平面范围,利用三维场重建程序结合空间插值技术,重建出耦合灾害危险区域空间立体分布情况,并对灾害空间参数进行了提取。最后,对采空区高位钻孔瓦斯抽放、隅角注防灭火材料技术方法进行了改进,使之满足耦合灾害防治需要,保证工作面的安全开采。     

急倾斜薄煤层采空区煤自燃和瓦斯爆炸危险区域分布特征

为提高急倾斜煤层伪斜开采条件下瓦斯与煤自燃综合防治效果,基于煤自燃"三带"划分标准和瓦斯爆炸三角形,建立采空区自燃"三带"分布的数学模型,利用COMSOL Multiphysics5.2模拟软件,对东林煤矿3409工作面采空区孔隙率、气体浓度、温度等参数进行模拟分析。结果表明:采空区上部孔隙率较大,下部除回风巷道边缘处较大外,其他区域孔隙率相对较低;氧气浓度结合漏风速度共同划分氧化带范围为:在进风侧氧化带宽23.2 m,在回风侧宽37.6 m,高温区域主要集中在回风侧、采空区的下部距离工作面较近区域;采空区上部瓦斯浓度相对较低,下部瓦斯浓度相对较高;瓦斯爆炸危险区域为中间工作面支架处区域范围为爆炸危险区域。     

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.     

南屯煤矿综采工作面煤自燃分级预警体系研究

采空区内煤自燃隐患监测预警,是煤自燃火灾早期预防的前提和亟待解决的关键难题。建立煤自燃分级预警体系,是为了解决南屯煤矿工作面回采过程中煤自燃火灾的监测预警问题。采用煤自燃程序升温实验得到了南屯煤矿综采工作面煤样在采空区不同氧气浓度下自燃氧化过程中耗氧速率、CO气体、C₂H₄等氧化气体随温度的变化规律,结合现场数据,经过优选确定了CO,O₂,C₂H₄及C₂H₆作为主要的工作面采空区煤自燃预测指标气体,并辅以格氏火灾系数R₂,R₃与φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆)作为煤自燃隐患的预测预警指标。提出了南屯煤矿综采工作面“灰、蓝、黄、橙、红、黑”6级预警指标体系,结合现场确定了预警阈值,形成了综采工作面煤自燃分级预警指标体系。在综采工作面煤进行了应用,实现了煤自燃隐患的早期预警,提高了煤自燃火灾防控的技术水平,保障...     

采空区自燃指标的时空分布特征及危险域划分

为研究煤矿工作面采空区氧浓度分布的规律、判别采空区自燃危险性及自燃危险区域,采用埋设热电偶传感器及采样束管,对采空区埋深增加导致的监测温度变化、气体含量变化进行汇总分析。通过建立数学方程研究工作面采空区煤原生赋存的CH₄、C₂H₆气体之间的关系,得出采用指数函数拟合度最高达0.952 7。利用采样束管得出采空区内不同位置O₂浓度的变化规律,并根据实际情况用Fluent建立了物理模型,对模型的边界条件进行了分析设定,得出随埋深增加氧浓度逐渐下降且下降程度逐渐降低。通过对煤矿工作面采空区氧浓度带进行现场试验和实验室数据模拟,得到了采空区中不同位置“三带”(散热带、氧化带、窒息带)的扇形区域,为防灭火工作提供了指导。     

不同瓦斯浓度条件下弱黏煤低温氧化动力学参数研究

为研究采空区内部不同瓦斯浓度条件下弱黏煤低温氧化特性及动力学参数变化规律，采用煤自燃程序升温实验系统测试分析了不同瓦斯浓度条件下弱黏煤低温氧化过程中气态产物随温度变化规律，并计算得到弱黏煤低温氧化过程中的极限参数及活化能。结果表明：CO可以作为弱黏煤自燃防控的主要预测指标气体，C₂H₄和第二火灾系数R₂可以作为预测弱黏性煤自燃程度的辅助指标；不同瓦斯浓度煤样的极限参数的最值都分布在60～85℃的温度范围内，与煤自燃临界温度比较相近；随着甲烷体积分数从0增加到4%时，弱黏煤表观活化能呈现出逐渐上升的趋势，分别增加了35.061、18.426、25.837 kJ/mol。     

采空区瓦斯煤火耦合灾害伦理风险评估

针对高瓦斯易自燃煤层采空区瓦斯抽采与煤自燃防治相互矛盾、相互制约的特点；分析瓦斯煤火耦合灾害的致灾机理，确定了影响采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害的主控因素，识别了现有瓦斯与煤自燃防治技术潜在的伦理风险，基于层次分析法建立了瓦斯煤火耦合灾害伦理风险评估模型；并在孔庄煤矿7436工作面进行了现场应用。结果表明：7436工作面回采期间发生煤自燃的权重为0.262 3，发生瓦斯灾害的权重为0.205 4，瓦斯煤火耦合灾害的发生权重为0.529，工作面回采期间应特别关注瓦斯煤火耦合灾害的发生，且在单独治理煤自燃灾害和瓦斯灾害时，煤自燃灾害发生的概率高于瓦斯灾害。     

浅谈瓦斯防治与瓦斯抽放技术

介绍了我国瓦斯安全的现状,提出瓦斯抽放技术是瓦斯防治中最经济有效的方法,进而论述了瓦斯抽放的发展与现状、瓦斯抽放的好处,简述了开采保护层卸压增透、邻近层卸压、采空区、综合瓦斯抽放的四种方法并对瓦斯抽放的未来进行展望。     

高、突煤层消突及瓦斯综合治理工作的实践

根据鸡西矿区荣华立井7#煤层存在的突出和高瓦斯特征,采用了分阶段的瓦斯综合治理方法。通过采用保护层开采、本煤层瓦斯预抽、仰角钻孔、高位水平钻孔、低位钻孔、上部采空区贯通钻孔等综合瓦斯治理方法,成功地实现了突出煤层消突、高瓦斯工作面安全回采,实现了安全高效生产。     

高瓦斯矿井瓦斯运移规律及瓦斯抽放技术优化研究

对阿刀亥矿煤层瓦斯运移规律及如何设计最优瓦斯抽放方法进行了研究,通过对采煤期间瓦斯数据收集,运用流动方程及流体模拟软件fluent对煤层瓦斯运移规律进行了深度分析,将得出的结论作为指导优化瓦斯抽放技术的数据支撑,提出了适用于本矿的瓦斯抽放技术,并取得了很好的实际应用效果。     

基于混源气计算模型的煤油气共存采空区瓦斯定量分析

为了查明黄陵二号煤矿203工作面采空区煤层气与油型气混源瓦斯的构成比例,通过分析采空区瓦斯涌出来源,建立了煤层气与油型气混源构成比例同位素的计算模型,并利用该模型计算得出:203工作面采空区中油型气占比为77.61%,煤层气占比为22.39%。模型计算结果与统计法获得的油型气和煤层气构成比例相比误差为1.9%,验证了混源天然气比例计算模型的合理性。     

采空区瓦斯流动规律及分源抽放技术的应用

为降低回采工作面采空区的瓦斯涌出及上隅角瓦斯浓度,对采空区顶板裂隙变化及瓦斯流动规律进行了理论分析,基于此,对主焦煤矿21141工作面的瓦斯抽放提出了分源抽放的综合治理方法,即上隅角采用埋管抽放,顶板裂隙内瓦斯采用高位钻场钻孔抽放。应用结果表明:分源抽放技术的应用使得21141回采工作面上隅角瓦斯体积分数由原来的0.6%左右下降到0.4%,高位钻场单孔瓦斯抽放体积分数平均为34%,瓦斯流量为0.062 m3/m in,这在一定程度上降低了采空区瓦斯的涌出量,保证了工作面安全生产。     

由残存瓦斯量确定煤层瓦斯压力及含量的方法

系统研究了突出煤样的破碎粒度、瓦斯压力对突出煤层残存瓦斯含量的影响.实验结果表明,煤的破碎粒度对残存瓦斯含量有显著影响,粒径越大,残存瓦斯量越大,当煤样粒径较大或较小时,煤样的残存瓦斯含量均趋于恒定.利用相同暴露时间下同一粒径煤样得出残存瓦斯含量与煤层瓦斯压力和瓦斯含量均存在幂函数关系.依据此规律,可在测定煤层的残存瓦...     

浅谈煤层瓦斯的形成及瓦斯灾害的预防

通过分析煤层瓦斯的形成、瓦斯在煤层中的储集与运移及影响瓦斯储集与运移的因素,阐述了瓦斯灾害的预防措施。     

煤矿瓦斯含量预测及瓦斯赋存规律分析

分析了顾桥煤矿不同煤层及同一煤层不同水平的瓦斯含量分布趋势,通过对矿井瓦斯含量与煤层埋深的相关性进行线性回归,总结出矿井瓦斯赋存规律,为做好矿井瓦斯防治工作提供了一定的指导作用。     

矿井瓦斯涌出影响因素及治理技术

介绍了影响瓦斯涌出的因素,阐述了瓦斯平衡的基本概念及平衡的分类,根据瓦斯平衡的理论分别介绍了三种不同的瓦斯涌出治理方法。重点叙述了针对瓦斯来源个数、各源瓦斯涌出量的大小及其涌出变化规律进行治理的分源瓦斯治理方法。     

大型煤与瓦斯突出的瓦斯地质分析

介绍影响瓦斯突出的主要地质因素:地质构造、煤层特性以及水文地质等,详细分析具体的地质因素如:褶皱、断层、煤层厚度、埋深等对瓦斯突出的影响机理,探究不同情况下瓦斯突出出现概率的高低,帮助加深对煤与瓦斯突出现象的认识,给煤与瓦斯突出的防治提供指导依据。