黄白茨矿采空区自燃危险区域“三位一体”预测应用

运用采空区束管监测,得出采空区自燃危险区域指标气体分布情况及流场气体运移规律。在此基础上对工作面采空区气体流场进行三维稳态数学建模,确定了采空区氧体积分数分布及自燃危险区域范围,同时应用同位素测氡技术探测地表氡异常区域进行验证,形成井下监测-计算机模拟-地表验证“三位一体”的采空区自燃危险区域预测的理论体系。将此方法成功应用于黄白茨矿1293工作面采空区,结果表明在当前工作面通风和回采进度条件下,采空区氧气带呈不规则“O”型分布,采空区煤自燃危险区域(氧气体积分数10%～15%)呈“U”型分布在距离工作面进风巷100～450 m,回风巷70～250 m,中部距离工作面50～140 m处。研究成果为采空区煤自燃区域精准探测提供了借鉴。     

姚桥煤矿采空区CO_2防灭火数值模拟分析

为杜绝姚桥煤矿7011工作面采空区煤炭自燃事故,利用数值模拟分析的方法,建立了一组采空区压注CO2气体情况下的二维数值模型,合理分析了7011工作面采空区"三带"的分布规律,根据实际情况说明了压注CO2气体防灭火的有效性。结果表明:向工作面采空区压注CO2防灭火气体可以有效降低采空区的O2体积分数,抑制采空区煤炭自燃。     

基于TDLAS的采空区煤自燃临界氧气体积分数与“三带”测定研究

为了研究高瓦斯矿井厚煤层工作面煤自然发火规律,以亭南煤矿4号煤层302工作面为研究对象,基于程序升温实验和分布式激光检测气体系统的方法,对煤自燃氧化特征、临界氧气体积分数及采空区自燃"三带"规律进行分析,得到高瓦斯矿井自燃"三带"特性。结果表明:亭南煤矿4号煤层下限氧气体积分数为8.0%,气体产物随氧含量降低总体呈现"滞后效应";采空区氧化带在倾向上是不对称的,进风侧较宽,最大宽度为95 m;回风侧较窄,为77 m,与1~#～4~#煤矿采空区"三带"相比,302工作面采空区散热带宽度较大回风侧相对较小,进回风侧氧化升温带最大宽度相对较小;在正常回采期间,煤自燃的主要威胁来自于采空区"两道"处浮煤。     

综放工作面采空区自然发火规律研究

通过在建庄煤矿102综放工作面采空区两侧埋设热电阻,采用埋管真空泵监测采空区的温度和气体成分,观测出了采空区浮煤分布规律、工作面推采过程中的安全周期规律、氧气浓度分布规律、漏风强度分布规律,确定了采空区浮煤自燃极限和采空区自燃"三带"的危险范围。     

遗煤连续耗氧下供风量对采空区自燃的影响

为提高矿井防治采空区遗煤自燃的能力,文章探究了不同供风量对自燃危险性及最低安全推进速度的影响。以雁南矿I0130101综放工作面为研究对象,由束管监测得到采空区气体体积分数参数,通过封闭耗氧实验测得采空区遗煤不同氧气体积分数下连续的耗氧速度,分析确定其窒息(临界)氧气体积分数。利用FLUENT软件通过编写采空区遗煤耗氧速率的UDF控制程序,对该采空区流场进行不同风量的仿真模拟,得到不同的自燃氧化带宽度。结果表明：工作面风量1 200 m³/min时(实际风量),自燃氧化带宽度120 m,最低安全推进速度2.60 m/d,采空区自燃危险程度低;随着工作面供风量的增加,该工作面采空区自燃氧化带的边界向采空区深部移动且宽度增大、最低安全推进速度也逐渐加大,与风量近似呈现出线性关系,自燃危险程度增加。     

综采放顶煤采空区“三带”宽度的确定及防灭火技术

通过对淮南某矿121101工作面采空区的观测,得到了采空区各种气体的分布情况与采空区气体成分及其体积分数随工作面推进所发生的动态变化情况,以氧气浓度法及以观测的CO体积分数变化作参考,并利用MIN-MAX优化理论划分出采空区"三带"的范围,结合121101工作面实际情况和确定的"三带"范围,相应地提出了三相泡沫防灭火措施,可以有效地防止遗煤自燃。     

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。     

浅埋藏易自燃大型综放工作面自燃“三带”分布规律的实测与数值模拟研究

通过在采空区预埋束管取样器,检测采空区内气体成分随工作面回采进度的变化情况,并对采空区O2浓度随深度的变化规律进行分析。根据实测O2浓度确定出安家岭一号井4106工作面采空区遗煤自燃氧化"三带"的分布状况;在实测数据的校准和验证下,利用数值模拟技术研究了采空区O2浓度在整个采空区的分布规律;采用验证过的数值模拟模型研究了工作面配风量变化对采空区自燃"三带"分布规律的影响。研究表明:大型综放工作面采空区内部高O2浓度区域具有在进、回风巷侧分布范围较广、在采空区中部区域分布狭窄的U形特征;配风量增加,采空区自燃带宽度增大,且回风侧增大幅度最明显。     

回采工作面煤自燃气体演化规律及危险区域划分

气体信息特征是解读采空区煤自燃不同状态特性的关键参数,如何在复杂的环境中获取气体变化规律及掌握其内在关联是构建煤自燃防治技术体系的关键。提出了利用小波变换分析工作面不同区域CO和O₂体积分数在不同时间尺度下的演化规律,得到其演化过程、周期性分布以及2种气体之间的相关性等,以评价不同区域对煤自燃的灵敏度和相关性。研究结果表明：工作面CO和O₂体积分数的变化具有多时间尺度效应,且在不同的时间尺度下均体现了一定的周期性,其中,同一区域内2种气体在较高时间尺度下的主周期分布相近,在较小时间尺度下主周期有显著差异。CO和O₂体积分数的小波系数震荡特征体现了气体原始体积分数的波动过程,第一主周期下小波系数拟合方程的初振幅和初相位差反映了不同区域与煤自燃的相关性,其中采空区气体信息对煤自燃的相关度最高,高抽巷的相关度最低;以采空区与煤自燃的相关度为基准,得到采空区、上隅角袋子墙内、上隅角袋子墙外和高抽巷与煤自燃的相对相关度分别为1、0.16、0.12和0.09。根据相关度结合煤自燃“三带”分布,提出了精准划分煤自燃危险区域的构想。     

豹子沟矿综放面采空区自燃“三带”的测定及其应用

为了有效防治采空区遗煤自燃,以豹子沟煤矿10101综放工作面为研究对象,通过束管监测系统,连续测定采空区内O_2体积分数及温度的变化规律,基于采空区自燃"三带"的划分指标,确定了各测点"三带"范围。综合现场束管监测结果,将"三带"结果取平均值可得试验工作面采空区的"三带"范围分别为:散热带为0~27.8 m,可能自燃带为27.8~74.5 m,窒息带为74.5 m。基于"三带"的判定结果,得到工作面回采速率必须1.84 m/d,否则容易导致采空区自燃事故。     

孤岛工作面自燃“三带”区域指标气体分析研究

为保证南庄矿井孤岛工作面采空区自然发火防治工作做到安全、科学、有效,采用沿进风和回风顺槽埋管监测的方法,对采空区气体进行取样分析,定期监测采空区O_2、CO、CO_2、CH_4指标气体浓度,利用O_2浓度确定采空区自燃"三带"分布范围,并结合采空区遗煤自燃理论,分析采空区"三带"分布特征及指标气体浓度变化规律。结果表明,CO和(CO/CO_2)这两种指标分析能较准确地反映采空区自燃危险区域,通过监测其浓度能预测采空区自燃危险程度,对采空区自然发火作趋势预判,为孤岛工作面防灭火方案的制订提供科学依据。     

特厚煤层综放工作面自燃火灾的防治技术

基于下沟煤矿综放工作面煤层自燃规律研究基础上,采取加快工作面推进速度、采空区注氮、采空区灌浆、两端头压土袋墙及喷洒阻化荆和建立束管监测系统对综放工作面采空区有害气体进行连续监测等煤层自燃综合防治措施.有效地防止了煤层自燃.     

孤岛综放工作面采空区残煤自燃指标气体及“三带”特征研究

针对因遗煤多、漏风严重等因素造成孤岛综放工作面采空区内煤层自然发火危险性较高的问题,以济北矿区某矿1304孤岛综放工作面为背景,通过室内煤的热解试验分析,确定了工作面采空区残煤自燃指标性气体,并通过现场束管监测分析采空区氧气浓度分布规律,研究揭示了工作面采空区自燃"三带"的分布特征,为孤岛综放工作面采空区残煤自燃的防控与治理提供了指导。     

U+L通风下采空区漏风规律及气体体积分数分布研究

针对酸刺沟煤矿U+L通风条件下漏风复杂且上隅角O_2体积分数偏低、有害气体体积分数偏高的问题,通过现场试验及数值模拟,对采空区漏风规律及气体体积分数分布进行研究,并提出一种新式密闭封堵措施。结果表明:采空区联络巷密闭漏风导致相邻采空区有害气体通过密闭裂隙漏入回采工作面采空区,且受回采工作面遗煤氧化及原煤CO_2解吸影响,回风隅角O_2体积分数偏低,CO_2和N_2体积分数偏高;回风隅角O_2体积分数与联络巷密闭距工作面距离成正比,CO_2和N_2体积分数与联络巷密闭距工作面距离成反比;采取密闭封堵措施后,上隅角CO_2体积分数降到0.25%以下,O_2体积分数提高到16%以上;现场试验及数值模拟得到的采空区"三带"范围基本一致,氧化带范围为7～110 m,确定采煤机割煤速度不得小于2.13 m/d。     

大采高煤层综采工作面采空区自燃"三带" 立体分布规律研究

为了探索大采高煤层综采工作面采空区自燃"三带"在不同高度下的分布规律,以马泰壕煤矿3102综采工作面为研究对象,构建了工作面采空区自燃"三带"立体取样分析系统。通过分析氧气、一氧化碳、二氧化碳等煤自燃指标气体变化规律,对采空区不同高度下自燃危险性区域进行了划分。通过建立数值模型,利用数值模拟软件进行验证,确定了采空区立体自燃危险性区域。研究结果表明:大采高煤层综采工作面采空区"自燃带"沿垂直高度上逐渐变宽,自燃危险性区域变大。在采取注氮、注浆、注三相泡沫等防灭火措施时,应提高灌注高度、扩大灌注范围。     

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.     

晋北煤业5-407工作面自燃指标性气体及"三带"划分研究

晋北煤业现阶段回采的5号~上煤层属II类自燃煤层,为保障工作面安全高效生产,通过实验室实验掌握5号~上煤氧化反应产生各类气体浓度的变化规律,并在现场布置束管监测采空区氧气浓度变化,据此划分采空区自燃"三带",分析工作面极限推进速度,结果表明:5号~上煤自燃标志性气体为CO和C_2H_4,采空区氧化自燃带范围为:胶带巷57～156 m,回风巷43～142 m,工作面最小推进速度为2.7 m/d。研究结果对于工作面防灭火具有重要意义。     

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。     

基于采空区流场的遗煤自燃危险区域判定及复合惰化技术研究

采空区遗煤自燃火灾是影响煤炭生产安全的主要灾害之一。基于Fluent数值模拟技术,构建采空区三维物理模型,模拟研究了采空区流场立体分布规律,并以O2体积分数为判别指标划分了采空区遗煤自燃危险区域;通过分析采空区遗煤空间分布规律及不同惰性气体的惰化特性,提出了综放工作面采空区复合惰化技术,即高位压注CO2和低位压注N2,并与单一气体惰化技术进行了对比研究。结果表明:复合惰化技术相较于单一气体惰化技术有着更好的防灭火效果;在工程应用中,各监测点CO体积分数在短时间内均降低到2.4×10^-5以下,压注惰气期间防灭火效果良好。     

综放工作面自燃火灾的防治

金庄生建煤矿通过分析综放工作面采空区自燃"三带"分布规律和参数,制定综放工作面针对性防灭火措施,采取加强自燃发火区域管理、坚持气体监测等针对性防灭火措施,消除了综放工作面的发火隐患,自燃危险性得到有效控制,保证综放工作面的安全、稳定的生产。