采空区自燃"三带"微循环理论及漏风流场数值模拟

为掌握采空区自燃"三带"分布及其自然发火规律,通过唐口煤矿2307工作面采空区自燃"三带"现场温度和气样观测,利用FLUENT软件对采空区漏风流场数值模拟.结果表明:采空区自燃是一个氧热微循环过程,当漏风供氧大于氧化耗氧、氧化生热大于漏风散热时,氧热微循环可持续进行,直至自燃;得出工作面不同风量下采空区自燃"三带"的区域.进风巷侧采空区可能自燃带范围在48.2～98.6 m,而回风巷侧采空区可能自燃带范围在24.3～98.6 m.经对比分析,得出最有利于采空区防灭火的最佳供风量为1 200～1 440 m~3/min,可满足防灭火的需要.     

综采放顶煤采空区注氮防灭火模拟试验研究

采用物理模拟试验研究了综采放顶煤采空区注氮防灭火的适用性．综采放顶煤采空区注氮模型的相似性分析表明，在保证采空区流体动力相似的条件下，即可满足采空区注氮模拟条件．模拟结果表明，对２００ｍ长的综放面采空区注氮难以取得有效的惰化效果．现场观测表明，无煤柱开采的综放面，邻近采空区的漏风及自燃发火危险更大，应在漏风源处注氮，并配合堵漏和均压措施，彻底惰化漏风源．     

简放工作面供风量与采空区遗煤自燃危险性研究

针对地方煤矿易自燃厚煤层简易放顶煤开采推进速度低的现实条件,本文在分析不同氧浓度条件下煤的耗氧速度、采空区煤氧化自燃三带及其与采空区漏风量关系基础上,研究了工作面供风量与漏风量及其采空区氧化带宽度的关系,研究结果为厚煤层简放开采工作面的合理供风量及防治煤炭自燃措施应用提供了技术依据.     

三相泡沫在采空区中渗流特性的数值模拟

为研究三相泡沫在采空区中的渗流特性,运用计算流体力学软件对三相泡沫在多孔介质中渗流的各种参数进行了数值模拟.结果表明三相泡沫以入口速度为5m/s在采空区中做渗流流动时,散热带渗流速度分布在0～2.1 mm/s区间内,氧化升温带渗流速度分布在0～0.09mm/s区间内,窒息带速度分布在0～7.2 μm/s区间内.证明了三相泡沫在采空区运移过程中,具有很强的堆积和扩散特性.根据模拟结果运用3D max的动画功能对三相泡沫在采空区中的渗流特性进行了仿真演示.     

特厚易自燃煤层综放工作面采空区氧化自燃带分布规律模拟研究

特厚煤层(厚度8m)放顶煤开采过程中,采空区遗煤多,煤自燃火源隐蔽,位置和程度难以判定,加大了矿井火灾防治的难度。本文通过ANSYS FLUENT软件对山西峁底矿13204易自燃煤层综放面(煤层平均厚度12.06m)采空区的空间自燃"三带"分布规律进行了研究。模拟结果表明:沿采空区走向,在底板进风侧附近,氧化自燃带离工作面最小距离为20m,宽度68m;沿工作面倾向,氧化自燃带沿垂直于工作面的中心线呈非对称分布,进风侧氧化自燃带最宽,回风侧次之,采空区中部最窄;沿垂直高度方向,进风侧氧化自燃带距离底板最高可达30m,其宽度为12m。本文研究结果有望为特厚易自燃煤层综放面采空区防灭火提供理论借鉴作用。     

基于FLUENT的采空区流场数值模拟分析及实践

利用流体力学数值模拟软件分析采空区流场的分布,对研究采空区自燃氧化"三带"的空间分布极其方便和有效.通过对仿真数值模型的建立和通风参数的改变,分析不同供风量条件下的流场分布,有利于对采空区自燃发火等情况的分析和预测.基于采空区漏风极限的原则,通过FLUENT对唐口1304综放工作面进行数值模拟,分析了流场的分布,划分了自燃氧化"三带"的范围,对矿井内因火灾的防治提供了指导,有利于矿井的安全生产和整体安全水平的提高.     

易自燃特厚煤层综放面防(灭)火技术探析

义马煤业集团耿村煤矿13210综放面煤层厚度大,自然发火期短,开采期间井下多次发现浓烟,有时伴有明火.耿村煤矿冲击地压较大,使得顶板处煤体较为破碎,且使采空区漏风裂隙发育,漏风严重.13210综放面面临严峻的安全挑战.为避免综放面发火,实施了采空区注浆、注凝胶、上下隅角密闭封堵、进回风巷超前施工防火钻孔注浆防火、注水防火、下隅角埋管注氮、束管监测及温度检测系统等综合防(灭)火措施,有效遏制了采空区自然发火,改善了井下安全生产环境.     

综放面采空区遗煤自燃“三带”范围的预测

以峰峰矿区小屯矿14252综放面为研究对象,通过氧化热解实验测定煤样产生的气体成分;利用自制气体采样系统对采空区气体进行采集和分析,进而划分遗煤自燃"三带"范围。结果表明C2H2可作为该综放面煤炭自燃的预测指标,以C2H2浓度划分的采空区遗煤自燃"三带"范围为:散热带0~30m,自燃带30~127m,窒息带大于127m。     

易自燃煤层特殊条件下综放开采工作面防火技术研究

分析了耿村矿１３０１工作面易自燃煤层特殊条件下综放开采工作面自然发火的危险性;探讨了因采空区漏风而引起的工作面自然发火的防治措施．经现场实施研究表明,均压通风、低风量供风、加快工作面推进速度的综合防火技术,成功地防止了自然发火,保证了综放开采工作面的安全生产．     

瓦斯抽采下沿空留巷采空区自燃危险区域判定

由于沿空留巷工作面采空区漏风严重且对具有自然发火的煤层影响较大,所以研究沿空留巷采空区自燃危险区域具有重要意义。针对沿空留巷侧采空区瓦斯抽采及充填墙裂隙演化诱导漏风及自燃问题,以沙曲矿沿空留巷综放面为研究对象,通过SF6漏风实测及束管观测研究,研究了工作面及沿空留巷侧采空区漏风规律及氧气体积分数分布特征,并对采空区不同倾向范围内自燃氧化"三带"的分布区间进行了识别及划分,进而在理论及实测分析的基础上,结合工作面推进速度及煤层自然发火期发现在沿空留巷侧采空区倾向方向5~30 m存在自燃危险区,若改变工作面开采条件,其他非自燃区域可能转变为自燃危险区。     

含氮气三相泡沫的固氮及惰化特性

通过实验，研究了不同浆液体积分数的三相泡沫中氮气的释放速率；以此为基础分析了含氮气三相泡沫对封闭火区气体的惰化特性；应用三相泡沫固氮及惰化特性对宁夏煤业集团白芨沟矿的火区进行了成功惰化；防止了瓦斯爆炸的发生，保证了矿山救护队员施工的安全．实验及现场应用结果表明：三相泡沫能有效地将氮气封存于浆液之中，增强火区惰化的持久性，且适于惰化具有漏风源的封闭火区．     

煤层开采过程中上覆岩层裂隙演化规律研究

以淮南煤矿典型工作面为例,采用离散元数值软件UDEC(universal distinct element code)对工作面回采过程中上下煤岩体内应力场的变化及直接顶冒落过程进行了模拟,分析了上覆煤岩体裂隙产生、发展的形成过程,得到了上覆煤岩裂隙演化规律。研究结果表明,倾向方向工作面回采后,上覆煤岩体内产生冒落、裂隙带和离层带,在工作面内上角位置产生O型圈裂隙带,裂隙发育最大高度为45m。煤层走向回采方向得到了初期来压步距约50m,周期来压步距约20m,上覆煤岩体裂隙在采空区上方约呈45°角发展,并随工作面的前进由下向上、由后往前依次演变。该结果对于煤与瓦斯共采中瓦斯抽放钻孔方位的布置具有工程指导意义。     

Numerical Simulation Study of Goaf Methane Drainage and Spontaneous Combustion Coupling

In order to study the coupling problem between methane drainage and spontaneous combustion of residual coal in the collapsed zone after mining ignitable coal seams with high methane, we have analyzed the effects of different methane drainage modes on spontaneous combustion of residual coal through numerical simulation.The results show that deep and large flux methane drainage modes increases the air leakage from work faces to the goaf and formed new spontaneous combustion zones induced by drainage near vents, which increases the risk of self-ignition of coal-reducing the self-ignition period and enlarging the scale of self-ignition.The spontaneous upstream combustion oxidation of the main fire zone can be suppressed when both drainage and nitrogen injection were adopted.Our research results provide an effective technical measure and theoretical basis to determine the best methane drainage scheme and drainage parameters.     

采空区漏风机理与防治对策研究

介绍了在采空区漏风分布研究中提出的Ｕ形漏风通道概念．经计算机模拟得出新的、更符合实际的采空区漏风分布规律，并依此制定了有效的防治技术措施．通过试验应用取得了防止采空区遗煤自燃的最佳成果，创造出了很好的经济效益与社会效益．     

易自燃煤层放顶煤开采工作面合理长度分析

以采空区自然发火危险为约束条件,用采空区场流方法(数值模拟)和自燃三带理论,结合实例,研究放顶煤开采工作面合理长度问题.得到工作面长度安全临界值与煤的最短自然发火期成正比关系.通过现场测定风量和采空区气体浓度分布,得到在当前工作面特定采空区流场环境下的自燃氧化带宽度和模型基础参数,数值模拟出不同工作面长度的采空区自燃氧化区宽度的变化关系;回归得到,在理论上,工作面长度与自燃氧化带宽度近似服从二次曲线关系.分析中给出了自燃安全判别量和自燃安全区间.     

Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究

为了找出Y型通风工作面采空区中瓦斯流场的分布规律,为采空区瓦斯治理提供理论依据,应用流体力学模拟软件Fluent对两进一回Y型通风工作面采空区流场、瓦斯浓度场的分布进行了模拟研究,得到采空区瓦斯流动及浓度分布规律为：沿走向向采空区深部瓦斯浓度逐渐增大,沿倾向从下向上瓦斯浓度逐渐增大,沿空留巷的末端是能位的最低点,漏风向沿空留巷末端方向流动,可以解决上隅角瓦斯积聚问题。