高瓦斯易自燃采空区瓦斯与煤自燃耦合模拟研究

以高瓦斯易自燃111811综采工作面采空区为对象,研究了无抽采和瓦斯立体抽采条件下采空区瓦斯抽采治理效果及与浮煤自燃的耦合影响。通过建立理论模型,结合现场观测,计算得出了分段渗透率范围并建立了采空区渗透率三维控制方程。模拟结果表明:无抽采条件下,采空区瓦斯积聚严重,在可能自燃带范围内存在瓦斯与煤自燃共生致灾危险区,必须加以处置;而在采用了采空区留管及高抽巷等瓦斯立体抽采措施后,有效治理了采空区瓦斯积聚问题,抽采负压4.5 k Pa时,上隅角处的瓦斯体积分数降至0.5%,满足要求;可能自燃带范围内的瓦斯体积分数下降至0.48%~4.69%,有效消除了瓦斯与煤自燃共生致灾危险,保障了安全生产。但瓦斯抽采作用会造成采空区漏风量增大,可能自燃带范围扩大,采空区自然发火危险性有所增加,应加强观测。     

综采放顶煤工作面防止煤层自燃及上隅角瓦斯治理的研究与应用

综采放顶煤工作面采空区煤层自燃和上隅角瓦斯管理是矿井通防管理的工作重点,通过加大工作面风量来降低上隅角的瓦斯浓度,从而防止采空区煤层自燃。在预防瓦斯积聚的同时必须考虑防止采空区煤层自燃的要求,通过长时间的现场瓦斯治理经验,在瓦斯积聚的形成和降低瓦斯浓度的实践中制订了一套行之有效的经验和预防措施,指导性强,对采空区瓦斯治理和防止煤层自燃有很好的借鉴意义。     

近距离煤层开采瓦斯与内因火灾防治技术的研究与应用

以同煤集团煤峪口矿14#煤层410盘区81006综采工作面为例,对近距离煤层开采期间瓦斯与内因火灾防治技术进行探讨。分析了煤自燃和瓦斯爆炸共生造成复合型灾害的威胁。通过采取巷道封闭抽放、穿层钻孔抽放的瓦斯治理措施和采空区注氮、邻近工作面注浆一体化火灾防治技术,81006工作面正常生产期间上隅角瓦斯浓度始终保持在0.8%以下、CO浓度在0.001%左右,上覆采空区内CO浓度保持在0.005%以下,氧气浓度保持在3%~7%左右。     

下分层采空区瓦斯与煤自燃危险区域判定

为有效预防分层开采时回采期间采空区及上覆岩层瓦斯与煤自燃灾害问题,以数值模拟为主要手段,建立以鹿洼煤矿4301 (2)工作面参数为基础的氧气消耗和瓦斯扩散数学模型,以上下隅角埋管检测数据为辅,建立4301 (2)采空区瓦斯与煤自燃指标气体检测体系,对采空区瓦斯与氧气浓度实施可视化监控,研究鹿洼煤矿4301煤层上覆采空区瓦斯赋存情况。确定了分层开采时下分层采空区危险区域,为工作面灾害防治提供了支持,同时也为下一步有效采取煤自燃与瓦斯防治技术措施提供了依据。     

采空区石门负压对氧气浓度场影响的动态演变过程研究

为了研究采空区石门负压对采空区氧气场影响的动态演变过程,采用数值模拟方法构建了某矿综采工作面CFD模型并进行二次开发,模拟了瓦斯抽放石门位于采空区不同位置时采空区的氧气场分布。模拟结果表明:当瓦斯抽放石门位于煤自燃"三带"不同位置时,石门负压对采空区氧气浓度场具有不同影响,其中,石门位于散热带和自燃带范围时,石门负压会不同程度减小自燃带宽度,有效缓解采空区防治煤自燃压力;石门位于窒息带范围时,能缩小回风巷一侧自燃带范围,但由于石门负压导致采空区内部负压过高,工作面向采空区内漏风增加,使运输巷一侧自燃带范围急剧扩张,不利于运输巷一侧采空区防灭火工作。最后,将现场实测数据和模拟结果进行对比,证明了模拟结果的正确性。     

工作面Y型通风方式下采空区瓦斯与煤自燃耦合分析

为有效解决工作面上隅角瓦斯超限问题,采用数值模拟、现场试验等方法,分析采空区瓦斯与煤自燃关系及规律。一定范围内风量的增加可显著降低采空区瓦斯体积分数,工作面风速或推进速度增加均可降低采空区遗煤自然发火期,而采空区氧化带范围随着瓦斯抽采流量的增加而增加。数值模拟和现场应用结果表明,采用Y型通风及埋管抽采可有效解决马兰矿10604工作面上隅角瓦斯超限和遗煤自燃问题。     

放顶煤采空区瓦斯源强度与自燃的关联性

研究了采空区瓦斯涌出与遗留煤自燃之间的内在耦合关联问题。通过运用G3软件对采空区非线性渗流-多组分气体-温度场和非均匀耗氧的数值模型的求解,量化给出采空区不同瓦斯涌出强度下各变量分布状态。计算结果表明：采空区瓦斯源涌出与工作面风压形成压力平衡,决定着工作面与采空区之间的风流交换和瓦斯涌出,影响变化近似呈一一对应的线性关系。瓦斯涌出强度越大,采空区氧浓度分布空间大大缩小,采空区自燃氧化带宽度与瓦斯涌出近似呈衰减变化。从自燃升温过程模拟得到,高强度瓦斯涌出能够抑制采空区自燃升温,延长了采空区自然发火期。模拟结果符合现场实际情况。研究指出高瓦斯易自燃矿井采空区瓦斯治理应与自燃防治相结合综合考虑。     

综采工作面瓦斯涌出分源计算方法研究与实践应用

为了精确得到综采工作面各瓦斯涌出源的瓦斯涌出量,利用现场实测与数学计算模型相结合的研究方法,以沙曲煤矿14205综采工作面为研究对象,采用分段测定法对瓦斯浓度与风速进行实测,以实测数据为基础参数,利用综采工作面瓦斯涌出分源计算模型对检修班期间综采工作面煤壁及采落煤瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出规律进行研究,通过计算得到煤壁及采落煤瓦斯涌出量占综采工作面瓦斯涌出总量的61.2%,采空区瓦斯涌出量占综采工作面瓦斯涌出总量的38.8%。     

浅埋深开采抽放对采空区自燃“三带”影响研究

以神东矿区布尔台煤矿22104综采工作面为例,理论分析了瓦斯抽放对采空区自燃"三带"的影响因素,通过对瓦斯抽放条件下的采空区自燃"三带"范围进行现场实测,并利用数值模拟研究采空区有无瓦斯抽放时的采空区氧浓度场分布规律,对比分析采空区有无瓦斯抽放时的采空区自燃"三带"范围,掌握瓦斯抽放时对采空区自燃"三带"分布范围的影响规律,进而用于指导工作面的防灭火技术     

低渗自燃煤层采空区瓦斯与火共治平衡点研究

针对斜沟煤矿8#煤为低渗透性自燃煤层难以施工预抽瓦斯钻孔、采空区瓦斯治理难度大的现状,提出采用上隅角浅部埋管抽采与筛管注氮耦合治理技术以防治瓦斯与火共生灾害。利用COMSOL软件数值模拟,研究当抽采量80 m3/h和注氮流量700 m3/h时,采空区自燃"三带"与注氮时间和配风量之间的关系。结果表明,当注氮时间为15 h和配风量为2 000 m3/min时,可以有效消除瓦斯与火共生致灾的危险,保障安全生产。通过现场监测,采用下限8%氧体积分数曲线与上限0.004 m/s漏风风速曲线划分采空区自燃"三带",并绘制自燃"三带"曲线,发现二者基本吻合,模拟结果准确可靠。     

综采工作面停产期间防灭火监测及管理

以长期停产的综采工作面为例,介绍了通风系统调整、封堵漏风通道、采空区蓄水、喷洒阻化剂及注氮防灭火等综合防灭火技术管理手段。以综采工作面架间温度、采空区温度,工作面架间CO,采空区、工作面回风巷CO及自然发火标志性气体为监测对象,经现场试验,综采工作面采空区及回风隅角CO浓度显著降低,综采工作面采空区温度显著降低。通过综合防灭火措施的有效实施,破坏了采空区遗煤自然发火所需的蓄热条件,杜绝了采空区自然发火隐患,取得了良好的防灭火效果,保证了综采工作面在停产期间的安全,为工作面后期正常安全回采创造了有利条件。     

873综放面采空区自燃发火“三带”的划分及模拟分析

根据朱仙庄煤矿873综放面采空区温度和气体成分的现场实测结果,利用氧气体积分数法划分出873综放面采空区自燃发火"三带"的分布范围。同时,介绍了自编的煤矿采空区自燃发火"三带"模拟软件,并利用该软件对873综放面采空区自燃发火"三带"进行了计算机模拟分析,根据两条风速等值线绘制了采空区自燃发火"三带"分布图。模拟结果与实测结果相吻合,表明该软件具有一定的实用性。最后还分析了各相关因素对采空区自燃发火"三带"范围的影响情况。     

瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统研究与应用

为了解决高瓦斯易自燃煤层工作面采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治智能化程度低、缺乏灾害风险的精准分级管控等问题,构建了以瓦斯抽采与自然发火监测数据为基础、以风险分级智能化管控为核心的瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统。采用API接口调用方式建立数据采集平台,构建了基于多源信息融合、K-Means聚类分析、预警规则知识库等方法的分析预警模型,设计开发了瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统软件,实现了复合灾害的精准监控、风险动态评判和智能预警。在试点工作面的应用结果表明,该系统可直观展示复合灾害监测预警信息,使采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治工作透明化,有效提升了灾害防治的智能化水平。     

综放工作面高抽巷抽放条件下采空区漏风规律研究

高抽巷在解决易自燃煤层综放工作面瓦斯超限问题的同时,又加剧了采空区漏风及其自燃危险性。为了使工作面采空区防火措施更具有针对性,通过现场实测,研究分析了高抽巷抽放条件下工作面采空区漏风规律,对采空区的自燃危险区域分析、采空区有针对性的控风防火措施的制定具有重要的意义。     

州景煤矿5304工作面煤柱自燃特性及防治

为了及时处理州景煤矿5304工作面煤柱自燃灾害,测试了州景煤矿5304工作面煤自燃标志性气体,确定了5304工作面煤自燃指标气体为CO,并提出了采空区注浆和复合喷涂材料相结合的综合防灭火技术,同时使用综合防灭火技术对5304工作面窄煤柱自燃进行防治。结果表明:采空区内氧气和一氧化碳浓度迅速降低,回风巷内温度恢复正常值,煤柱自燃情况得到了抑制。采空区注浆技术与顶板喷涂复合材料技术的相互结合应用为类似煤层的自然发火防治提供了一种新的技术方案。     

双巷直注液态二氧化碳防灭火技术

羊场湾煤矿容易自燃煤层大采高综放工作面,因设备老化、工作面推进速度缓慢,工作面采空区出现自然发火征兆。在分析二氧化碳特性及双巷注二氧化碳原理的基础上,构建两巷直注液态二氧化碳系统。冷却、惰化采空区,并提高采空区“两道”压能,减少采空区漏风及有毒有害气体溢出,消除自然发火隐患,保证了工作面安全生产。     

朱仙庄矿综放面采空区“三带”范围的确定及应用

根据朱仙庄矿873综放工作面的实际情况,沿采空区倾向布置5个测点,对采空区气体成分及温度进行测定,确定出873工作面采空区自燃"三带"的范围.同时,根据通风网络理论建立了采空区滤流场的数学模型,以极限风速法为基础,利用VB与MATLAB进行混合编程编制了采空区自燃"三带"模拟软件,可直接绘制三带图并输出两条风速等值线所对应的坐标.由数值模拟得出的工作面极限推进速度与实际情况相符.最后,根据"三带"的范围确定了现场防灭火技术的实施工艺,有效地防治了采空区遗煤自燃,保证了工作面的安全回采.     

小煤柱综放工作面相邻采空区自燃灾害综合治理技术

针对小煤柱综放工作面相邻采空区存在漏风大、遗煤多,易引发采空区遗煤自燃的问题,提出由采空区自燃观测系统、小煤柱加固堵漏及向采空区灌注无机防灭火材料所组成的采空区自燃灾害综合治理技术,并在阳煤一矿81303综放工作面相邻采空区进行了工程实践。结果表明,采用以小煤柱加固堵漏与采空区注浆为主的自燃灾害综合治理技术后,原采空区的自燃高温点遗煤温度及CO体积分数明显下降,其中3^#观测孔温度由35.1℃降为25.2℃,CO体积分数由3.7×10^-5降为1.2×10^-5,有效消除了采空区的自燃隐患,保证了81303综放工作面的生产安全。     

大角度旋转多层煤工作面立体防火技术

平煤股份七矿戊9-10-16070综采面为大角度旋转多层煤工作面,存在采空区浮煤多、推进速度特慢等多种自然发火因素。通过认真分析工作面的自然发火因素,采用了立体防火技术—架前喷洒阻化剂、架上打钻注MEA防火剂、架后埋管注水、采空区氧化带定点埋管注氮和动点拖管注氮的方法,有效地防止了采空区的自然发火。     

红庆河煤矿综采工作面采空区“三带”测定及模拟分析

根据红庆河煤矿综采工作面采空区自燃“三带”现场实测数据,采用氧气浓度划分法对工作面采空区自燃“三带”进行划分;利用FLUENT数值计算软件模拟分析综采工作面采空区风流流场、温度场等,分析验证采空区氧气浓度、CO浓度、漏风速率、温度等变化规律,并与数值模拟中采用漏风强度法划分的采空区自燃“三带”进行验证,确认了采空区“三带”现场实测的可靠性、准确性。结果表明:综采工作面采空区“两道”漏风严重,氧化升温带在进、回风巷分布范围较广;现场实测与数值模拟的结果变化趋势相一致,可以用来指导实际生产。