采空区自燃诱发瓦斯灾害耦合致灾特性及防控技术

为研究综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害特征及危险区域,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形成条件及特征。以山西和顺天池矿井301工作面为例,提出并实施了采空区煤与瓦斯火灾害监测监控、高抽巷抽采瓦斯及灌浆防灭火等协同防治技术,保证了工作面安全开采。     

综放采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害危险区域识别研究

为了定性定量研究综放采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害危险区域,探究了综放采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害特性,提出了采空区安全度与危险区域系数双重指标,建立了采空区瓦斯混合气体流动、气体组分对流扩散等多场耦合数学模型,采用COMSOL软件模拟保德煤矿81505工作面不同供风量条件下采场O2与瓦斯气体浓度分布特征。研究结果表明：采空区氧化带呈非对称性,进风侧宽度较大。采空区瓦斯积聚在采空区深部靠近回风侧的范围内。在模拟供风量里,氧化带宽度随供风量的增加而增加,而采空区最高瓦斯浓度与上隅角瓦斯浓度随供风量的增加逐渐减小。随着供风量的增加,危险区域往采空区深部逐渐拓宽,危险区域系数与供风量呈线性关系。在同等供风量条件下,采空区不同平面的危险区域系数随距离底板高度的增加而降低。     

瓦斯抽放条件下综放面采空区易自燃区的判定

为了掌握梁宝寺煤矿3418综放面采空区的自燃危险区域分布特征,在采空区瓦斯抽放的条件下,采用全面布点法对采空区气体和温度变化规律进行了观测,利用Matlab数据分析工具,拟合得出了该工作面采空区氧气等各主要气体浓度和温度的等值线图,并对采空区各气体浓度、温度和浮煤分布数据进行叠加,得出瓦斯抽放条件下综放面采空区易自燃区域分布范围,为采空区易自燃区域的定向防治设计提供指导。     

高瓦斯矿井采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害防控研究

以乌兰煤矿Ⅱ020803工作面为背景,采用理论分析、数值模拟和现场实践等手段对采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害防控进行研究,研究结果表明:瓦斯爆炸三角形区域主要位于工作面及沿空留巷区域,位于该区域混合气体浓度适宜,一旦遇到有足够能量的点火源时,就有可能发生爆炸。当同层位的采空区氧化带范围和可爆区域范围重合区域内遗煤发生氧化发应时,会使煤体及其周围温度升高,一旦超过CH_4着火点温度时,就会发生瓦斯爆炸。采用高位瓦斯抽放与防灭火一体化钻孔及采空区动态隔离控制技术可使工作面隅角CO浓度、CH_4浓度呈现下降趋势,可有效防控工作面瓦斯爆炸与煤自燃耦合灾害。     

大倾角负煤柱综放面自燃危险区域判定技术

针对华丰煤矿1411工作面开采条件和工作面布置方式,分析了大倾角厚煤层负煤柱综放工作面的开采特点和煤自燃危险性。结合现场生产情况,制定了采空区"三带"的观测方案,测算出后部采空区氧浓度、遗煤厚度及漏风强度分布规律,判定了采空区自燃危险区域的范围,为该类煤层自燃防控技术措施的制定提供了依据。     

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。     

复合采空区遗煤自燃极限参数变化及危险区域判定

特厚煤层采用分层综放开采时,上分层遗煤易发生二次氧化,致使煤自燃预防和治理的难度加大。为了准确判定下沟矿ZF1801工作面上、下分层采空区遗煤自燃危险区域,通过程序升温实验分析4#煤层煤的自燃极限参数,并根据气体监测数据判定采空区遗煤自燃危险区域。研究结果表明:4#煤层煤的耗氧速率和放热强度随温度的变化均符合高斯型函数关系;随遗煤厚度的增加,下限氧气体积分数逐渐降低,而上限漏风强度逐渐升高;当遗煤厚度一定,温度达到90℃时二者的极限参数最低;遗煤自燃危险区域在ZF1801工作面下分层采空区回风侧20～125 m、宽105 m,在上分层回风巷、进风巷侧0～40 m、宽40 m;当ZF1801工作面推进速度低于2.34 m/d且停采28 d以上时,采空区存在自燃危险。研究结果可为下分层综放工作面末采期间采空区自燃危险区域判定提供参考。     

近距离自燃煤层回撤工作面防灭火技术研究

为解决采空区浮煤自燃条件适宜,极易升温自燃,给工作面的回撤带来安全隐患的问题,文章以神华新疆能源有限公司屯宝煤矿I011402综放工作面安全回撤为例,对综放工作面自燃危险区域进行了详细的分析。通过建立自然发火预警体系,采取注氮、注浆和钻孔灌注史达夫材料等综合防灭火技术措施来消除遗煤自然发火隐患。通过以上措施的实施在整个回撤周期中工作面及采空区气体一直保持在正常范围内,没有出现遗煤自然发火征兆,工作面顺利完成回撤。     

高瓦斯综放工作面采空区自燃危险区域分析

通过沿综放工作面全长埋管布点测定的方法,对采空区气体进行监测,得出下沟煤矿ZF4403工作面采空区氧气分布,并推算出采空区漏风强度和浮煤厚度;再结合采空区自燃危险区域判定理论和下沟煤矿ZF4403工作面煤样自然发火实验测定的煤自燃极限参数,确定ZF4403工作面采空区自燃危险区域和工作面最小安全推进速度,从而为高瓦斯综放工作面的防灭火工作提供科学依据。     

汝箕沟矿高瓦斯综放面采空区自燃危险区域判定方法

高瓦斯矿综放面采空区自燃严重威胁着矿井的安全开采。根据大型煤自燃发火实验测定的松散煤体放热强度和耗氧速率,通过测定采空区氧浓度分布状况,推断出采空区漏风强度分布规律。根据能量守恒原理,结合采空区实际的浮煤厚度、漏风强度和氧浓度的分布,提出了采空区遗煤自燃极限参数的计算方法,构建了煤自燃危险区域判定的必要条件。根据采空区氧化升温区的宽度和遗煤最短自燃发火期,提出了能引起自燃的最小推进速度计算方法,从而提出了高瓦斯矿综放面采空区自燃危险区域判定条件和方法,对预防高瓦斯综放面采空区遗煤自燃具有重要的指导意义。     

采空区瓦斯与煤自燃共生灾害的实测分析与研究

为有效防治高瓦斯、易自燃煤层综采工作面采空区瓦斯与煤自燃共生灾害,以111811综采面为背景,通过现场实测和数值分析,研究得出了采空区瓦斯浓度和自燃氧化气体浓度的分布规律。现场实际应用注氮防灭火效果良好,有效抑制了煤炭自燃,消除了瓦斯与煤自燃共生致灾的可能性,保障了安全开采。     

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。     

超长综放面煤层自燃火灾防治技术研究

在确定超长综放面煤层自燃危险区域的基础上,提出了有针对性、高效的综合防灭火技术体系,建立了超长综放面煤层自燃火灾快速应急防灭火系统,成功地对兴隆庄煤矿4324超长综放面煤层自燃火灾进行治理,为超长综放面的安全生产提供了重要的技术保障。     

基于均压通风与注浆耦合技术的综采工作面防灭火实践

由于富家凹煤矿1101工作面有害气体(瓦斯和CO2)含量较高,超限可能性极大,且煤层属于自燃煤层,与有害气体结合极易发生煤层自燃、甚至爆炸,因此在总结目前国内综采工作面防灭火技术优缺点的基础上,提出基于均压通风与注浆技术相耦合的防灭火技术。实践表明该技术使工作面有害气体浓度和采空区温度都降低到了临界值以下,从而保证了工作面的安全生产。     

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。     

大采高综采工作面撤架期间采空区浮煤自燃防治技术研究

随着煤矿高产高效开采技术的发展,采空区浮煤自燃灾害威胁着煤矿工人的生命财产安全。针对羊场湾Y212工作面撤架期间采空区浮煤自燃特点与工作面实际开采条件,通过对工作面气体情况和井下实际生产条件的分析,提出在工作面前方重新施工巷道,采用高位孔灌注胶体材料、封闭注氮相结合的降温、降氧的防灭火方案,有效控制了该工作面在停采撤架期间的CO气体浓度和温度,为成功回撤奠定了基础,也为易自燃厚煤层自然发火机理研究与防治积累了主要的技术数据和实践经验。     

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...     

瓦斯与煤自燃共存研究（II）：防治新技术

基于瓦斯与煤自燃共生发生场所的不同定义了煤岩跨尺度裂隙场概念,深入探讨了共生灾害防控机理及技术方法,即通过合理改变跨尺度裂隙场中的场流分布以消除瓦斯与煤自燃共生灾害--共生区域Se=0,提出固相颗粒输运改变煤岩体裂隙漏风场尺度、低温液态惰气改变采空区温度场和气体浓度场两种防治共生灾害新技术。建立了固相颗粒输运改变网络裂隙场场流模型,讨论了颗粒填充漏风裂隙场后,漏风裂隙尺度、可通路径的变化,致使漏风阻力增大,保证了瓦斯抽采处于安全的煤岩体裂隙场和低氧气浓度场;理论揭示了低温液氮防治共生灾害机理,并自主设计了液氮防灭火模拟平台,结果表明：液氮注入火区能迅速吸热膨胀,产生大量的低温氮气,扩散进入采空区空间,对热（火）源形成惰化隔离带,同时低温氮气携带水凝气与采空区隐蔽热（火）源产生的热风压进行热交换,降低热（火）源温度在可燃点温度以下,主动吞噬热（火）源。     

顶板长钻孔替代高抽巷抽采控瓦斯与采空区注氮防火耦合治理研究

高瓦斯矿井易自燃煤层,工作面受上隅角瓦斯超限与采空区遗煤自燃双重威胁。为解决高抽巷抽采瓦斯导致采空区氧化带面积变大、增大遗煤自燃危险性的问题,以顶板长钻孔替代高抽巷,配合进风巷侧注氮,通过对长钻孔参数与注氮参数的优化,进行防火与控瓦斯耦合治理的研究。以中兴煤业1401工作面实测数据结合ANSYS数值模拟,研究了长钻孔数量、位置对工作面上隅角瓦斯的影响规律,获得以5个直径300mm、距回风巷10m、距煤层底板15m的顶板长钻孔替代高抽巷的最优方案。在此基础上,为保障对采空区遗煤自燃的有效控制,研究了注氮量与注氮位置对采空区氧化带分布的影响规律,获得在进风巷侧氧化带与散热带分界位置注入5.5m3/min的氮气,将采空区氧化带宽度降至25m的优选结果。通过对上隅角瓦斯与采空区遗煤自燃的综合控制,保证了工作面的安全生产。     

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。