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。     

易自燃煤层采空区N2与CO2惰性耦合气体运移规律

为了有效控制与防治煤炭自燃,保证煤矿安全开采,针对大兴矿开采易自燃煤层,且地质构造复杂,火成岩侵入灾害严重的问题,提出了N_2与CO_2惰性耦合气体防灭火思路,并采用数值模拟的方法,对耦合气体在采空区运移规律进行了研究。研究结果表明:当注入耦合气体N_2与CO_2的比例为3∶1时,采空区惰化效果最佳;当耦合气体注入点位置位于运输巷侧采空区距工作面45m时,该位置注入的惰性耦合气体对采空区的惰化效果最佳。     

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。     

Ⅱ类自燃煤层自燃氧化规律分析

针对Ⅱ类自燃煤层易发生煤炭自燃的现状,以袁店一矿1023工作面所属10号煤层为研究对象,对1023工作面采空区煤炭的自燃氧化规律进行了研究。通过在采空区埋设抽气管路,测定采空区温度以及O2、CO2浓度等在工作面推进过程中的动态变化并进行分析。结果表明:采空区内CO2浓度分布符合"一源一汇"工作面的采空区漏风流场分布规律,且回风侧比进风侧更早进入窒息带;采空区自燃"三带"的具体分布范围:散热带距工作面中部距离为0~18.8 m,自燃带距工作面中部距离18.8~71.1 m,窒息带距工作面中部距离大于71.1 m,依据划分的自燃"三带"范围计算出该工作面最低适宜回采速度为42 m/月。     

尾巷对采空区煤自燃影响的数值模拟研究

为了研究尾巷对采空区煤自燃的影响,建立了带有尾巷的三维采空区的几何模型,利用UDF编写采空区碎胀系数和孔隙率的分布函数,从尾巷的联络巷间距和回风巷与尾巷之间的压差两个方面进行了模拟.结果表明:尾巷的联络巷间距对采空区自燃有重要的影响,闻距增大,采空区自燃带的宽度也增大,越靠近回风侧,宽度增加越快;回风巷与尾巷之间的压差...     

金庄矿3107采空区自燃带分布变化规律研究

以金庄矿3107工作面作为典型采面,采用现场布点的方法实测工作面采空区温度及气体体积分数变化,分析得出"三带"分布情况;根据所得数据和分析结果,应用FLUENT软件对其进行数值模拟,得到典型采面采空区自燃带分布规律,并在此基础上对"三带"观测模拟结果加以适当推广。最终给出了同一矿井相似采面不同条件下的自燃带宽度、位置及采面安全推进速度,为防灭火工程提供指导和依据。     

上下行通风对东峡矿大倾角采空区自燃危险区域的影响

以东峡煤矿37220-1大倾角采空区为研究对象,聚焦采空区自燃"三带"划分问题,运用GAMBIT和FLUENT这2种软件,建立了数值模拟模型,对上下行通风条件下采空区氧气浓度分布进行了模拟研究,并根据模拟结果绘制出不同高度条件下采空区自燃"三带"分布情况。模拟结果显示:大倾角采空区自燃"三带"在分布上呈三维立体状态;采用上行通风时,采空区氧化带宽度较下行通风时大;随着距底板高度的增大,采空区氧化带范围以下顺槽尾部为圆心逐渐缩小。     

近距离高瓦斯易自燃煤层回采工作面通风方式优化及效果

为解决近距离高瓦斯易自燃煤层回采工作面瓦斯-火共治的难题,以神华乌海能源公司五虎山煤矿011203工作面受上覆火区威胁条件下的煤炭开采为工程背景,通过对瓦斯治理方法及效果的分析,结合井下探火钻孔的实测数据分析,提出了适宜于近距离高瓦斯易自燃煤层回采工作面的通风方式。结果表明:采用全负压通风为主,均压增压通风应急的方案可有效防治工作面上隅角瓦斯浓度超限,并且可清晰掌握工作面有害气体的涌出情况,应用该通风方式使得011203工作面安全开采690.5 m,且未发生瓦斯、有害气体超限的事故。     

凤凰山矿采空区自燃“三带”分布规律研究

根据凤凰山矿151309工作面现场数据,运用Fluent软件模拟了该工作面采空区在不同通风量情况下三带的分布情况;根据采空区自燃"三带"理论及其划分主指标,结合该工作面现场"三带"的观测数据,在配风量为1 300 m3/min时,分析了采空区O2浓度的变化规律,确定了采空区三带的分布情况,与模拟结果基本一致,验证了模拟结果的正确性,为后期采空区自燃的防治提供了依据。     

佛子冲矿采空区群模糊聚类分级及综合治理

为对佛子冲矿104#矿体采空区群进行稳定性分级及综合处理研究,在前期空区探测的基础上,基于三维数值计算软件ANSYS与FLAC^3D耦合,对采空区的稳定性进行模拟分析,选取空区顶板暴露面积及数值计算得到的采空区顶板最大主应力、最小主应力、最大位移4个因素,运用模糊聚类理论对空区进行聚类,实现采空区稳定性4分类。针对4采空区分别提出加强监测管理、加强支护、部分充填和全部充填等处治措施,以保障佛子冲矿生产安全,节约空区处理成本。     

不同划分指标采空区遗煤自燃“三带”的分布研究

采空区遗煤自燃防治的重要前提是要准确掌握自燃“三带”的分布情况,这是采空区堵漏风、充填、注氮等技术实施的主要依据.同时,也为确定合理的回采推进度提供重要参考.采空区自燃“三带”的测试与划分是采空区自燃火灾防治的重要基础.本文是在此基础上利用数值模拟的方法,根据不同的划分指标对采空区自燃“三带”分布展开模拟与对比分析.结果表明,采用上限风速与下限氧浓度相结合的方法划分“三带”分布更加可靠.     

佛子矿104号矿体复杂多层采空区处理技术研究

佛子矿104号矿体经过多年浅孔留矿法开采,在矿体上部遗留了大量的采空区及矿柱;由于前期的无序处理,形成了复杂的空区赋存现状,对下部矿体的安全开采带来了严重威胁。为了科学地制定空区处理措施并回收矿柱,通过数值计算结合理论公式法对104矿柱稳定性进行对比分析,确定了各空区残留矿柱的安全系数;结合矿山现有技术条件,在综合考虑采空区安全处理及矿柱有效回采的基础上,提出了崩落充填相结合的处理方案;采用FLAC3D软件对拟定方案进行了数值模拟分析。计算结果表明：崩落充填相结合的处理方案通过强制崩落法与充填法相结合,使上部应力集中区围岩得到充分移动垮落,下部空区得到充实,达到崩柱放顶卸压、控制岩移的目的,能有效地消除空区隐患并回收矿柱,为矿山安全、经济、合理地处理采空区提供了指导。     

下盘铁矿矿柱爆破回采对上盘矾矿稳定性影响分析

根据七角井铁矿下盘铁矿体和上盘矾矿体的空间赋存关系,如果对铁矿体预留的矿柱进行回采,很有可能对矾矿体的稳定性造成重大影响。为了保障矾矿体的安全高效开采,在回收下盘铁矿体预留矿柱的同时,尽可能减小对矾矿体稳定性造成影响,提出了2种矿柱回收方案和空区处理方案,矿柱回采方案为间隔间柱抽采法和间隔间柱控制爆破堆坝法,并对2个方案进行了数值仿真模拟,模拟结果显示：采用方案一可有效控制上盘围岩的垂直位移量,最终位移量仅为10.83 mm,而采用方案二开挖上盘围岩的垂直位移量较大,达到17.45 mm,可能会造成上盘围岩的坍塌,最终确定方案一为矿柱回收和空区处理方案。     

某铅锌矿近地表采空区稳定性分析及治理方案优化

为了确保近地表采空区下部矿体开采安全，避免近地表采空区崩塌导致地表塌陷，将广西某铅锌矿现存的6个近地表采空区作为研究对象，针对可能出现的矿柱、顶板垮塌，展开基于数值模拟的稳定性分析及治理方案优化研究。根据该矿矿体及围岩的岩体力学参数，利用3DMine及Midas GTS NX建立数值模型，通过FLAC3D进行模型重构与计算分析，依据数值模拟分析结论及矿区实际情况，提出2种局部充填加固的治理方案，并利用FLAC3D对各方案的治理效果进行了模拟分析。结果表明：方案一及方案二均能达到转移或减小采空区矿柱及顶板相应的最大主应力、剪应力及拉应力的效果，同时减小塑性破坏区的面积；方案二的较大尺寸支护结构较方案一能更好地转移或减小顶板的最大主应力、剪应力，故确定方案二为最优方案。     

采空区边缘回风巷合理位置的研究

采空区下方煤柱边缘薄顶煤巷道锚网支护存在诸多难点，通过采空区边缘支承压力分布规律的分析，设计了五种回风巷位置与支护方案，应用数值模拟研究了不同位置巷道围岩的变形及受力特征，探讨了在不同位置开挖回风巷对围岩稳定性的影响。研究表明：在采空区内侧低应力区内，距离采空区边缘5m开挖巷道位移量较小，可以对较薄顶板进行锚网支护，使顶板岩体和锚网共同承担上部压力，从而有利于围岩变形、塑性区发育的控制，提高了围岩稳定性和强度。     

基于PSInSAR技术的老采空区地表沉陷监测与分析

地面沉降是矿区采空区主要地质灾害之一,利用PS-InSAR技术对覆盖广西平南锡基坑铅锌矿的21景Sentinel-1数据进行处理,绘制出地表沉降量分布云图、等值线剖面、观测点沉降速率变化曲线。与传统方法相比,PS-InSAR技术大大提高了地表沉降研究的直观性、整体性及预测性。通过数值模拟技术对PS-InSAR技术获得的监测结果进行验证,结果显示:运用PS-InSAR技术获得的采空区沉降区域与数值模拟计算所得的薄弱区域基本一致;运用PS-InSAR技术获得的采空区沉降数据可以为地表沉陷防治、沉降规律总结及采空区治理提供支持。     

冒落采空区氧浓度分布非均衡性研究

为分析回采采空区漏风强度与氧浓度分布特征，用非均质漏风渗流方程和氧浓度耗散方程建立了冒落采空区漏风流态和氧浓度变化的有限元数值模型，结合观测数据进行了求解；工作面附近流场按冒落介质和冒落空隙间的双流层问题处理。得到采空区内部进、回风侧两端的氧浓度分布是不均衡的，而导致这一现象的原因是采空区漏风流的沿程耗氧和瓦斯的涌出；指出采空区内进、回风两侧端的漏风强度分布基本是均衡的，当考虑瓦斯涌出的影响时，漏回风侧的漏风强度甚至要高于进风侧。从流体力学原理上对现场观测采空区内部进回风两侧氧浓度分布的不均衡给予更合理地解释。此结论将有助于澄清当前学术界对此问题的模糊认识。     

隧道下伏采空区稳定性及治理方案数值模拟

隧道下伏采空区的潜在危害性评价及其处治技术研究日益受到重视。为治理平朔煤矿东露天矿运输专线隧道下伏采空区,利用FLAC3D对采空区稳定性及治理方案进行了数值模拟分析,得到了隧道下伏采空区在加固前后的受力和变形的特征规律;通过对仰拱厚度及采空区注浆料强度进行敏感性分析,得到了最优的加固措施。数值分析结果表明：在未加固的采空区上开挖隧道,采空区两帮岩土体受到较大的垂直载荷,隧道开挖底板出现了屈服剪切破坏,隧道拱腰及拱顶出现了屈服拉伸破坏,隧道底板最大沉降及不均匀沉降较大;在对采空区充填注浆及隧道底板浇筑仰拱的联合加固措施后,原采空区附近的应力集中区域得到很好释放,隧道底板最大沉降及不均匀沉降量大幅降低,岩土体的整体稳定性提高。