三相泡沫对综放面采空区漏风的影响规律

为研究综放面上隅角埋管注三相泡沫时采空区漏风风流的变化规律,采用FLUENT软件进行模拟分析.模拟结果表明,当综放面倾角分别为0°,10°,30°时,三相泡沫在采空区沿工作面倾斜方向的扩散范围分别达到20～30,50～100,100～150m,大大地减少了采空区的漏风风量;同时,采空区氧化带带宽分别缩减为10～20,10～15,5～10m,模拟结果表明三相泡沫能有效地防治采空区的煤炭自燃.以新集二矿1606工作面为例,注三相泡沫后,采空区氧化带带宽由60m缩减为15m以内,漏风风量由原来的约200m3/min减少到约25m3/min,以此为依据制定的防灭火方案取得了很好的效果,表明了模拟结果跟现场实际基本吻合.     

防治煤炭自燃的三相泡沫理论与技术研究

针对目前我国煤矿防灭火技术和手段存在不足,特别是针对大范围采空区或巷道高冒火灾、采空区隐蔽火源及高位火源、综放及俯采工作面煤炭自燃防治的难题,提出了由粉煤灰（黄泥）、氮气和水组成的三相泡沫防灭火新技术,该技术可以利用煤矿已有的注浆系统将三相泡沫注入采空区并形成覆盖面广、可向高冒区堆积的泡沫体,能较好地充填采空区或高冒区,有效扑灭火灾．针对固体不燃物（粉煤灰、黄泥）、水和氮气三相介质的特性,成功研制出了使浆液具有较高发泡倍数和较长稳定时间的三相泡沫发泡剂．应用浮选动力学、表面化学、物理化学、热力学和流体机械等理论,较系统地提出了三相泡沫的形成机理．根据三相泡沫的特点,发明了三相泡沫发泡器。应用流体力学理论,建立了发泡器喉部至扩散段区域负压大小和浆液流量的方程关系式,并通过CFD流体力学软件模拟了三相泡沫发泡器内不同扩散角度下管内静压和浆液流速的分布状况,得出了扩散角为60°时的压力分布和流速是形成三相泡沫的最佳条件．开展了三相泡沫发泡剂溶液阻止煤自燃的试验研究,结果表明：三相泡沫发泡剂溶液对煤自燃的阻化效果显著,能有效地减缓煤的氧化放热速率,抑制煤温度的升高,同时也有效地抑制CO的释放量,是很好的防止煤炭自燃的阻化剂;三相泡沫的灭火性能试验表明,三相泡沫可在较致密的多孔介质中不同方向流动,渗透性强,流动范围广,可扑灭较大范围区域内的高位火源和隐蔽地点的火源．三相泡沫流变特性研究表明,含黄泥或粉煤灰颗粒的三相泡沫属于屈服假塑性非牛顿流体;试验考察了发泡倍数、浆液浓度、外界温度及气体介质对三相泡沫黏度的影响;建立了三相泡沫在水平管道中流动的数学模型,确定了三相泡沫发泡器在井巷中合理的安装位置;建立了三相泡沫在大空间中堆积高度的数学模型． 在矿井灌浆系统中加入氮气,使泥浆发泡,体积增大,大流量的三相泡沫能在采空区中形成面与三维的流动方式,较之一般的水浆流动,覆盖面广,并可向上部堆积,能将更多的水、固体不燃物（黄泥、粉煤灰）带入防灭火区域,防灭火效果显著．建立了一套适合煤矿自然火灾防治的注三相泡沫的工艺系统,该系统安全可靠,操作方便,可连续大流量灌注．提出了沿顺槽采空区埋管、综采（综放）支架插管、地面打钻和与其它防灭火技术手段相互配合使用的多种注三相泡沫新工艺,并在现场得到了广泛应用．     

生产工作面采空区煤炭自燃综合治理研究

在理论分析和实验研究基础上,分析了沛城煤矿生产工作面采空区煤炭自燃的原因,理论分析了气雾阻化预防煤炭自燃的阻燃原理,实验研究了煤的外在水份和阻化液含量对煤自燃阻化效果,介绍了沛城煤矿生产工作面采空区煤炭自燃综合治理的应用效果,提出了采用气雾阻化技术应注意的问题。     

煤炭自燃标志性气体预测指标的实验研究

设计并研制了氧化热解实验模拟装置，通过对峰峰矿区小屯矿工作面采空区煤样的氧化热解模拟实验，绘制了各氧化热解气体CO2、O2、C2H6和CO等气体浓度随温度的变化曲线，并对其分析找出了该矿采空区煤炭自燃的标志性气体预测指标，从而为掌握工作面采空区煤炭自燃的规律和制定有效合理的煤炭自燃发火的防治措施提供依据，为煤矿的高效生产提供安全保障。     

煤炭自燃标志性气体预测指标的实验研究

设计并研制了氧化热解实验模拟装置,通过对峰峰矿区小屯矿工作面采空区煤样的氧化热解模拟实验,绘制了各氧化热解气体CO2、O2、C2H6和CO等气体浓度随温度的变化曲线,并对其分析找出了该矿采空区煤炭自燃的标志性气体预测指标,从而为掌握工作面采空区煤炭自燃的规律和制定有效合理的煤炭自燃发火的防治措施提供依据,为煤矿的高效生产提供安全保障。     

芦岭矿采空区煤炭自燃发火与开采技术关系的试验研究

采用了包括多点热电偶测定采空区遗煤温度、应用六氟化硫气体示踪和测定漏风压差等综合技术手段研究分析了漏风分布规律。结果发现，遗煤温度变化受漏风温度和漏风强度影响较大；停采线漏风的量及漏风时间受主要进、回风道的布置以及采掘接替安排的影响。由于采用无煤柱开采技术，三个相邻阶段的采空区之间连通，存在漏风，最后又从开采技术上提出了防火措施。     

物理泡沫防灭采空区内因火灾的研究

物理泡沫选材广泛，对煤体的自燃倾向性有较强的抑制作用，用物理泡沫封堵采空区防灭内因火灾是一种安全可靠的方法。     

高性能防灭火三相泡沫的实验研究

提出了用三相泡沫来防治煤炭的自燃．由粉煤灰或黄泥、氮气和水通过物理机械方式形成的防灭火三相泡沫,具有集固、液、气三相材料的防灭火性能于一体,充分利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、氮气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火的特性．通过对优选的4种发泡剂及相互复配对泡沫性能的实验研究,得出了最优的复配发泡剂及配比．同时研究了发泡剂质量分数、水玻璃质量分数及浆液质量分数对制备高性能三相泡沫的影响．结果表明,当发泡剂质量分数为0．2％,水玻璃质量分数为2％,灰水质量比为1：4时,制得的防灭火三相泡沫的性能最好．并在实验室构建的三相泡沫实验系统上制备出了高性能的防灭火三相泡沫．     

利用束管监测系统预报采空区遗煤氧化情况

采用＂TG-色谱＂联用技术测出231115工作面11煤CO释放量与温度之间关系,采用分段线性技术讨论CO涌出特点,给出了CO的预报浓度、预警浓度与撤人浓度,实现利用束管监测系统测量的工作面上隅角CO涌出浓度数据,预报采空区遗煤氧化情况,为231115工作面安全回采提供技术保障。     

综采面采空区自燃"三带"的分布规律

根据采空区顶板的冒压实状况,通过采空区流场的计算机模拟分析,得出了采空区内自燃“三带”的分布状态,通过对采空工内遗煤温度和气样成分的观察分析,阴证了计算机模拟分析的结果。结合采空区遗服煤的分布状态,充分阐明了“两道两线”（进风道、回风道、切眼线和停采线）是采空区内发火最危险部位,也是采取防灭火措施的重点部位。     

综放面采空区遗煤自然发火过程动态数值模拟

通过对影响煤炭自燃因素的分析，建立了采空区内遗煤自燃过程数学模型，可随时预测不同漏风强度和不同推进速度的条件下，采空区遗煤自然发火的危险性．在计算机上对徐庄矿7235综放面采空区遗煤自燃过程中，氧化时间、工作面推进速度、遗煤厚度对煤温的影响进行了模拟，预报了在回采过程中采空区遗煤不自燃，而撤支架过程中确可能发生煤炭自燃，预报结果与实际相符。     

煤自燃逐步自活化反应理论

为了深入了解煤自燃发生发展过程，对煤自燃过程进行了绝热氧化模拟，获得了煤自燃过程升温曲线，得出煤自燃过程活化能随温度升高而逐渐上升的规律，同时对煤低温氧化过程微观结构变化规律进行了红外光谱测试．在充分研究煤自燃过程宏观特性和微观结构变化之间关系的基础上，提出了煤自燃逐步自活化反应机理：煤结构中不同官能团（活性结构）治化需要的温度与能量不一样，先被活化而发生氧化反应的官能团释放能量使其它需要更高活化温度和能量的官能团活化而进一步与氧发生反应释放更多能量，煤自燃过程是不同官能团依次分步浙进活化而与氧发生反应的自加速升温过程．     

露天煤体自然发火的试验研究

分析了露天煤体自然发火的原因和特点,进行了煤的氧化试验和野外煤堆自燃的模拟试验,通过对试验测试数据的分析讨论了煤体自燃发生的过程、温度场及CO排放量等的变化规律.所得结果对分析与预测煤体的自燃进程、防治露天煤体的自燃火灾等具有重要意义.     

无机发泡胶凝材料防治高冒区托顶煤自燃火灾

利用新型无机发泡胶凝材料和发泡注浆设备,进行了平顶山煤业集团天安公司十三矿己15.17煤层11111采面回风巷高冒区托顶煤火灾防治研究.在30d内,分别在高冒区的1#,2#,3#共3个注浆孔,共进行了12个班次的注浆作业,使3个注浆孔的O2,N2,CO,CO2,CH4气体的平均浓度分别由注浆前的5.305%,82.265%,0.139%,2.531%,9.560%,变化为注浆后的16.492%,81.544%,0.041%,0.177%,1.634%.表明该新型无机发泡胶凝材料对高冒区的有效填充,降低了高冒区漏风量,阻止了高冒区托顶煤的进一步氧化升温,使CO,CO2气体的浓度降低,O2,N2气体的浓度接近正常水平,从而有效的防止了托顶煤自然发火现象的发生.该无机发泡胶凝材料的使用量仅为非发泡材料用量的1/3～1/8,且该发泡材料还具有受热失水后,不发生体积收缩变形,不形成新的漏风裂隙的特点.     

预报煤炭自燃的CO指标气体临界值研究

CO气体作为预报煤炭自燃的指标气体在煤矿中已被广泛使用,但有些矿井回采面上隅角始终存在CO气体,甚至超出矿业安全规定的临界指标,特别是在综采或综放工作面这一现象更明显,尽管采取多种防灭火措施,只能使CO气体涌出量减少而不能消除CO的产生,为了解其原因,在实验室做了不同煤种低温氧化实验,通过实验发现有些煤种在常温氧化条件下就会出现CO气体,甚至出现的CO量还很大,且随着煤的氧化时间的延长,产生CO气体强度在降低。为了及时准确、可靠预报煤炭自然发火,合理选择CO指标气体临界值是关键。利用多阀气相色谱仪检测常温条件下不同煤种氧化放出的CO气体量,对合理的CO指标气体的临界值进行了研究,确定不同情况下CO的临界值。     

Critical Value of CO of Forecasting Coal Spontaneous Combustion

CO has been used widely in the production process of colliery as an index gas to predict spontaneous combustion of coal. But in some collieries there are CO gas in the upper corner of the face all the times, sometime CO gas even exceeds the regulated critical index. This phenomenon is much more obvious in the fully-mechanized longwall face and fully-mechanized long, wall and top-coal caving face. Ahhough many measures of fire-proof and fire-extinguishing have been adopted, the flowing amount of CO gas can be only decreasd, but can not be eliminated completely. Using the different kinds of coal, the experiment of coal oxidation was made at the low temperature. The experiment indicates that some kinds of coal can produce CO under the condition of normal temperature oxidation, sometime the CO consistency is very high, and the intension of CO can be decreased with oxidation time prolonging. Selecting rational critical value of CO is the kev to predicting spontaneous combustion of coal correctly and reliably. The problem of selecting retional critical value of CO was studied. Finally, the amount of CO gas released by different kinds of coal was obtained under normal temperature condition.     

基于活化能的煤自燃倾向性研究

对国内外主要煤自燃倾向性鉴定方法进行了分析和评价，指出了我国现行的煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法的不足之处，同时给出了煤自燃倾向性鉴定标准的基本原则．在煤自燃动力学基本方程基础上得到了煤绝热氧化方程，并设计了相应绝热氧化实验装置．通过理论和实验研宄，提出了能够反应煤自燃关键阶段，即低温氧化阶段动力学参数活化能E作为煤自燃倾向性鉴定指标，并测试了3个典型煤样的低温氧化活化能E．最后，通过现场煤自燃发火期与煤物理吸附氧量和低温氧化活化能E的对比，对该指标的实用性和科学性进行了检验．     

煤炭自燃的自由基反应机理

用自由基反应机理阐明了煤炭自燃机理，论述了煤中自由基产生的原因、自由基反应历程、煤氧化过程中逸出的气体成份。最后，用该机理对常见的几种煤炭自燃现象进行了解释。