U型和U+L型通风采空区流场数值模拟研究

利用Fluent软件,对U型和U+L型通风下的采空区流场进行了数值模拟,对比分析了两种通风方式下的采空区瓦斯浓度分布规律和采空区自燃危险区分布情况。结果表明:U+L型通风较U型通风采空区内瓦斯浓度整体降低;采空区瓦斯爆炸范围往采空区深部移动,但是瓦斯爆炸区域宽度变小。沿采空区走向方向,两种通风方式下的采空区中部瓦斯浓度上升较快。U+L型通风较U型通风采空区内自燃危险区域往采空区深部移动,并且采空区自燃危险区域的宽度也明显增加。     

“U+L”型通风工作面瓦斯抽采对采空区自燃危险区域影响研究

为了掌握"U+L"型通风工作面自燃危险区域分布情况,更好地协调工作面瓦斯抽采与防灭火工作,采用现场试验的方式对典型工作面进行试验研究。试验在工作面采空区回风侧每隔30 m设置1个束管取样口和1个测温装置,各测点随着工作面的推进,连续测试采空区气体成分及温度数据;通过调整瓦斯抽采方式,测试采空区自燃危险区域分布情况。结果表明:"U+L"型通风配合瓦斯抽采能很好地解决工作面瓦斯超限问题,但会造成严重的采空区漏风;通过取消不合理的瓦斯抽采手段,能够保证工作面瓦斯抽采满足安全生产要求的同时明显缩小采空区自燃危险区域,降低采空区自然发火危险。     

复杂条件下采空区自燃危险区域分布研究

在高河矿W1310工作面布置采空区束管监测系统,并利用氧气浓度划分采空区危险区域,研究了断层和沿空留巷漏风的复杂条件对采空区自燃危险区域的影响。对比断层前后测点观测结果,发现局部地质异常对采空区自燃危险区域影响不大。建立数值模拟模型,对比数值模拟和现场实测结果,发现Y形通风沿空留巷漏风使回风侧危险区域向采空区深部移动。     

U+L型通风工作面采空区自燃三带分布规律研究

突出矿井自燃煤层采用U+L型通风方式的采煤工作面,将会使采空区自燃三带重新分布,通过采用数学模型解算、取气分析等综合技术,可以准确地划分出采空区水平和垂直自燃三带的范围,指导工作面安全、科学地开展防灭火工作。     

工作面沿空侧采空区煤自燃危险区域研究

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。     

缓斜煤层下行通风采空区自燃危险区域预测模型

为分析不同自燃特性缓倾斜煤层工作面下行通风时采空区内具有自燃危险可能的区域的分布特征,建立了倾斜采空区的渗流模型,依据该模型利用CFD仿真得到了不同火源时（模拟采空区遗煤不同的自燃性强弱）下行通风采空区内氧气和温度场的分布特征;结合保德煤矿81309工作面现场观测的采空区不同区域的O2体积分数的数据对仿真结果进行验证。结果表明：随着设置的热源强度（采空区遗煤自燃倾向性）的提高,采空区火风压作用增强,下行通风时的采空区内进、回风侧氧化带宽度差值在逐渐减小。实测得出的进、回风侧及工作面中部对应的采空区内窒息带临界位置分别距工作面200、290、175 m,与火源功率65 W/m2时的仿真结果较为吻合,表明所建立的模型较为准确,可用于倾斜易自燃煤层工作面自燃分布的研究。     

基于流场模拟的复采工作面采空区自燃危险区域预测

根据复采工作面采空区浮煤自燃特点分析,简化复采采空区渗流物理模型,建立渗流-扩散数学模型;通过现场采空区的气体数据观测分析,确定出边界条件,并对复采工作面采空区流场进行数值模拟,得出采空区内部渗流速度及氧气浓度分布;结合实验所得煤体自燃极限参数,判定采空区自燃危险区域,预测精度能够满足实际防灭火需要,可为复采过程浮煤自燃的防治提供指导。     

基于多参量的采空区煤自燃危险区域划分方法研究

工作面采空区漏风强度、浮煤厚度、氧气体积分数等多个因素共同影响采空区内的煤自燃危险区域分布范围。以王家山煤矿中二202工作面为研究对象,采用公斤级煤自然发火试验装置,测定煤样放热强度、耗氧速率等自燃特性参数,结合理论公式计算采空区危险区域划分参数的阈值(浮煤厚度、氧气体积分数、漏风强度、最短发火期、耗氧速率)。综合关键参量,构建了采空区煤自燃危险区域的划分方法。通过现场束管检测分析和Fluent流体模拟技术,观察采空区内氧气浓度场、气流场的分布规律,确定了王家山煤矿大倾角工作面采空区煤自燃“三带”及工作面每日最小安全推进度。研究成果对现场防灭火工作具有一定的指导意义。     

大采高综采工作面采空区煤自燃危险区域研究与判定

大采高工作面由于围岩压力大、回采速度慢和漏风量大等特点造成煤自燃火灾防治难度较大。因此,采用数值模拟和现场观测相结合的方式研究了梅花井232204大采高工作面煤自燃危险区域分布特征。结果表明：采空区漏风风流从进风巷向回风巷方向渗流,造成氧气浓度在进风侧比较高,且高氧气浓度的范围大,在回风侧氧气浓度相对较低,高氧气浓度的范围也显著缩小。随埋入采空区距离增大氧气浓度逐渐降低,进回风侧氧气浓度分别在105 m和80 m降低到8%。综合判定得到232204工作面采空区的氧化升温带范围在进风区域和回风区域分别为40～105 m和28～80 m。研究结果可为大采高综采工作面采空区防灭火工作提供指导。     

综放工作面采空区煤自燃过程的动态数值模拟

综放工作面采空区浮煤自燃主要取决于浮煤厚度，氧浓度，漏风强度，工作面推进速度和自燃发火期5个参量，工作面正常生产时，采空区自燃三带处于一个动态的稳定状态。根据综放工作面采空区自燃发火特点，将松散煤体自燃发火数学模型简化，建立了综放工作面采空区湿度变化的动态数学模型，用计算机动态模拟采空区浮煤自在升温过程，对时反映采空区温度分布状态及其动态变化规律，对采空区浮煤自然危险性进行超前预测，指导综放工作面的安全生产。     

内蒙古乌达矿采空区自燃发火条件实验研究

通过对乌达煤田Ⅷ2C火区自燃形成条件及过程进行观测和理论分析,得出了煤矿导火带形成的条件。当煤矿导火带高度大于采空区深度、遗煤带厚度大于0.4 m、供风输氧量大于煤层燃烧最小需要量、煤体温度高于自燃点、排烟能力大于煤层燃烧的最大产烟量时产生煤田地面火区,并对这一结论在乌达煤田Ⅲ和Ⅷ火区的10个燃烧带进行了验证。     

通风方式对采空区煤层自燃规律的影响研究

为了研究通风方式对采空区自燃规律的影响,本文在研究风流流动方程及能量损失源项方程的基础上,对采空区自燃区域建立二维物理模型,并采用数值模拟对4种不同通风方式的采空区风场进行模拟,得到不同通风方式下采空区氧气浓度分布图,通过分析得出,4种通风方式对采空区自燃影响程度由大到小依次为:Z型>Y型>U型>W型。     

“两进一回”通风工作面采空区煤自燃区域分布规律

为研究"两进一回"通风工作面采空区煤自燃区域分布规律,模拟分析了塔山煤矿8301工作面回采期间不同工况下采空区氧气浓度,确定了煤自燃危险区域并提出相应防灭火措施。结果表明:"两进一回"通风工作面采空区煤自燃危险区域较大,自燃带在回采长度为150 m时达到96 m;注氮可大幅度改变采空区内自燃"三带"分布,减小采空区煤自燃危险区域。针对"两进一回"通风工作面,应考虑在采空区两侧注氮;增加风量可使自燃带边界向采空区深部延伸,且加大其前端距工作面的距离。     

煤矿采空区自然发火多参数监测系统研究

提出采用气体分析法和测温法相结合来监测煤自燃特征信息的方法,针对采空区煤自燃特征信息特点,研发了采空区无线自组网温度监测系统,并集成煤自燃束管监测系统和安全监控系统系统,构成可对矿井采空区不同位置指标气体和温度同时实时监测的新型煤矿采空区自然发火多参数监测系统。重点在监测方法、系统集成、关键单元的设计和监测方案等方面进行了研究,该系统的研究对于早期发现矿井采空区浮煤自燃隐患,判断自燃危险程度,确定自燃危险区域提供可靠依据。     

海下采煤煤炭自燃发火危险性评估

海下采煤煤炭自燃发火的影响因素很多,各因素之间相对重要性不同。通过对自燃发火相关因素的分析,建立自燃发火的安全指标体系,运用模糊数学理论,对自燃发火危险性进行综合评价,掌握发火的状态,为制定快速有效的防灭火措施提供理论依据,确保了海下开采的顺利进行。     

煤自燃火区隔离工程采空区信息检测技术

针对房柱式采空区煤自燃火区隔离工程,需要对采空区煤柱分布、顶板垮落情况、火区燃烧范围、火势燃烧程度等信息进行检测,在对煤自燃火区隔离施工过程中,通过对采空区空间分布、温度和指标气体浓度等技术参数进行综合分析判断,为制定火区隔离工程技术措施提供科学依据并能够对火区隔离效果进行验证。     

采空区裂隙发育区与自然发火区相关性研究

为了研究采空区自然发火区域,以汾西润泰井矿正明煤业有限公司0402工作面为研究对象,运用离散元数值模拟软件和采空区采动裂隙场为机理,建立采空区走向与倾向2个不同位置的模型,对煤层开挖后的岩层裂隙发育规律进行数值模拟研究,通过分析岩层离层率突出区域,得出导通氧气与采空区遗煤的接触通道的采空区裂隙发育区,最终确定采空区易自然发火区域位于自然堆积区内的上下区段平巷区域附近。     

远距离抽采条件下采空区煤自燃区域分布规律

针对塔山煤矿8204-2工作面上方地形复杂、只能在回采起点集中布置钻孔抽采瓦斯的特殊情况,利用数值模拟软件研究分析回采期间不同回采长度和不同注氮量下采空区氧气摩尔浓度分布情况,确定该特殊情况下采空区自燃"三带"和煤自燃危险区域。结果表明:远距离抽采瓦斯使煤自燃危险区域变大;随着回采长度的增长,自燃带逐渐变宽;当回采长度为50 m时,自燃带宽度增宽速率突然变大,进风侧自燃带变宽幅度与回采长度变长幅度比例比回采长度为30~50 m时高出180%,回风侧相应宽度则高出140%,遗煤自燃危险性变大;注氮可大幅度减小采空区煤自燃危险区域。     

采空区遗煤自然发火影响因素分析

结合煤自燃的理论和现场实际情况,归纳了影响采空区遗煤自然发火的因素,并分析了采空区遗煤自然发火因素对采空区遗煤自燃的影响程度。对预测、预防和防治采空区遗煤自然发火有一定指导意义。