风量对煤自燃极限参数影响的实验研究

为了研究不同的风量条件对煤自燃极限参数的影响,采用煤自燃程序升温实验系统,测试了5种不同风量条件下煤样的耗氧速率、CO产生率、CO_2产生率和放热强度,在此基础上计算煤自燃极限参数并分析其变化规律。实验结果表明:不同的供风量导致煤体的氧化放热强度不同,在风量为60 m L/min的情况下煤体放热强度最大;煤自燃极限参数随风量的变化可以分为2个阶段:风量在40 m L/min之前,煤样的最小浮煤厚度和下限氧浓度均随风量的增加而减小,煤样的上限漏风强度随风量的增加而增加。风量在40 m L/min之后,最小浮煤厚度和下限氧浓度随风量的增加近似呈线性增加,上限漏风强度随风量的增加近似呈线性减小,说明在井下开采过程中要注意风量的调节,使煤的自燃极限参数向不利于煤自燃的方向发展。     

高位巷道瓦斯抽采诱导浮煤自燃影响效应

基于高瓦斯易自燃煤层高位巷道瓦斯抽采技术条件下,以研究煤自燃形成机理为切入点,依据义马煤业集团耿村矿13190工作面自然发火实际情况,通过理论分析,数学建模及现场辅助测试,对煤岩裂隙发育漏风通道模式、采空区浮煤碎胀特性、漏风动力源展开研究,发现巷道瓦斯抽采,增加了高瓦斯易自燃煤层的自燃风险,主要体现在:1)造成工作面、采空区及抽放巷道端口间存在漏风通道及动力;2)采动应力及抽采巷道松动圈造成采空区煤岩裂隙充分发育,采空区浮煤压实程度降低,浮煤碎胀性增加,有利于煤自燃蓄热;3)采空区浮煤一旦氧化,造成采空区高温点与漏风通道间存在温度梯度,从而形成的内生火风压,加剧采空区破裂浮煤的自燃进程,诱导采空区浮煤自燃发生。     

瓦斯抽采U+Ⅱ型近距离煤层自燃的耦合关系

针对立体瓦斯抽采及上覆岩层裂隙演化对采空区浮煤自燃的影响,以研究漏风通道及煤氧化动力为切入点,以阳泉矿区U+Ⅱ型综放工作面为背景,研究立体瓦斯抽采及煤岩裂隙发育造成采空区漏风与自燃的耦合关系。经研究发现,瓦斯抽采及上覆岩层的裂隙发育为采空区浮煤氧化提供了漏风通道及动力,加剧了采空区浮煤的氧化。     

钻隔封封孔技术在提高瓦斯安全抽采效率中的应用研究

为解决瓦斯抽采钻孔密封性差、漏风量大和伴生的破碎煤体自燃灾害,提出了新型钻隔封一体化封孔技术来对瓦斯抽采钻孔封孔。钻隔封一体化封孔技术通过注入柔性膏体封孔材料密封钻孔,钻孔内和钻孔周围煤壁喷涂黏性无机密封材料,来实现动态密封钻孔周围新生裂隙,隔绝破碎煤体与周围空气接触,提高瓦斯抽采浓度和降低破碎煤体自燃风险。煤矿现场试验表明,采用新型钻隔封一体化封孔技术后,瓦斯抽采钻孔周围煤体漏风大大降低,瓦斯抽采浓度较常规封孔的钻孔提高了2.3倍,钻孔内部温度降低了12.8℃,破碎煤体自燃风险大幅降低,切实保障瓦斯抽采工作安全高效进行。     

马兰煤矿高瓦斯自燃煤层瓦斯抽采关键参数与防火措施研究

以马兰煤矿18303回采工作面为例,研究了自燃煤层在瓦斯抽采过程中受到的影响,探讨了瓦斯抽采的最佳参数;测试了相同的抽采条件下,通过调整工作面的配风量对采空区自燃危险区域范围的影响。结果表明,瓦斯抽采会加剧采空区遗煤自燃,因此瓦斯抽采流量与抽采负压均存在一个最佳范围,高抽巷流量应在15.1~19.4m~3/min之间,本煤层顺层钻孔抽采负压应该在35~40kPa左右,既能满足瓦斯浓度不超限,也能兼顾防火需求。抽采条件下,为缩小自燃危险区域范围,供风量应适当降低至800~1000m~3/min,注氮量应增加。     

特厚易自燃煤层综放工作面临界瓦斯抽放量的确定

基于特厚煤层瓦斯抽采与煤自燃双重耦合影响,确定综放工作面的临界瓦斯抽放量。根据束管监测系统现场实测及利用Fluent软件数值模拟,得出煤自燃防治条件下的综放工作面临界风量为1 100 m3/min,综合瓦斯抽采与煤自燃防治耦合影响下的临界瓦斯抽放量为180 m3/min。     

“两堵一注”式顺层钻孔封孔技术研究与应用

针对本煤层瓦斯抽采钻孔封孔质量差、抽采浓度低、有效抽采周期短和抽采后期漏风严重的技术难题,研究了聚氨酯封孔及水泥封孔的特性,提出了"两堵一注"式顺层钻孔封孔新技术,阐述了该技术的基本原理和工艺参数。在平煤十矿戊8.9-20230工作面进行了工业试验,结果表明"两堵一注"式顺层钻孔封孔新技术增加了钻孔周围煤体的强度,减少了钻孔的漏风量,提高瓦斯抽采浓度30%~40%,提高抽采流量0.015m3/min,延长抽采期2个月以上。     

西铭矿48708工作面抽采采空区漏风对上隅角瓦斯的治理

针对西铭矿48708综采工作面煤层赋存情况,采用后退U型通风方式分析工作面及采空区瓦斯涌出源,计算工作面配风量及采空区漏风量。采用中高位走向长钻孔及高位裂隙带钻孔抽采邻近层涌出的瓦斯;采用大孔径煤柱孔插管及密闭埋管抽采采空区漏风,改变上隅角风流状态,解决漏风携带瓦斯问题,为上隅角瓦斯本质治理提供了借鉴。     

高抽巷抽采对煤自燃带影响的理论分析

为研究高位巷道瓦斯抽采对煤自燃三带分布的影响,从理论方面分析高位巷道瓦斯抽采条件下,漏风通道的形成机理及其漏风动力来源,高位巷道与采动裂隙带相互贯通形成立体漏风通道,负压抽采及内生火风压联合作用产生漏风动力.推导出高位巷道负压值与采空区深度x处漏风比流量的关系式,分析表明高位巷抽采会增大进风侧自燃带的宽度,缩小回风侧自...     

采煤工作面瓦斯燃烧发火原因分析

为研究某矿6135工作面瓦斯燃烧发火原因,以指导瓦斯燃烧事故的治理和预防工作,设计试验室自燃基础参数测试和现场的温度、气体监测试验,得到60、61煤层自燃特性和采空区内温度、气体情况。结果表明:聚氨酯自热及高强度抽采漏风引起60煤体自燃为瓦斯燃烧引火源的可能性较小,6135机巷断层附近保留煤柱氧化自燃为工作面瓦斯燃烧事故的引火源。     

近距离煤层群立体抽采瓦斯流动规律的模拟

对近距离煤层群采空区垮落带破碎煤岩的渗透率进行量化研究,得出其分布规律;采用Fluent软件模拟了近距离煤层瓦斯立体抽采防突过程,得出了抽采钻孔周围的瓦斯流动规律,抽采钻孔周围煤体中瓦斯压力分布,从钻孔中心向外0～8 m范围内呈增大扩散,抽采钻孔周围煤体中瓦斯流动速度场分布,从钻孔中心向外0～2 m范围内呈减小扩散,确定了相关的抽采负压、流量和抽采半径等参数。     

低渗自燃煤层采空区瓦斯与火共治平衡点研究

针对斜沟煤矿8#煤为低渗透性自燃煤层难以施工预抽瓦斯钻孔、采空区瓦斯治理难度大的现状,提出采用上隅角浅部埋管抽采与筛管注氮耦合治理技术以防治瓦斯与火共生灾害。利用COMSOL软件数值模拟,研究当抽采量80 m3/h和注氮流量700 m3/h时,采空区自燃"三带"与注氮时间和配风量之间的关系。结果表明,当注氮时间为15 h和配风量为2 000 m3/min时,可以有效消除瓦斯与火共生致灾的危险,保障安全生产。通过现场监测,采用下限8%氧体积分数曲线与上限0.004 m/s漏风风速曲线划分采空区自燃"三带",并绘制自燃"三带"曲线,发现二者基本吻合,模拟结果准确可靠。     

不同钻孔漏气影响因素条件下瓦斯抽采效果研究

针对煤矿瓦斯抽采钻孔漏气致使瓦斯抽采不佳等问题,研究了不同钻孔漏气影响因素条件下瓦斯抽采效果,理论计算了钻孔周边裂隙漏气圈漏风范围和巷道裂隙区漏风范围;采用COMSOL数值模拟软件,分析了不同抽采时间下钻孔漏气压力分布、不同钻孔漏气影响因素下钻孔漏气流线及对瓦斯抽采的影响.研究结果为提高瓦斯抽采效率、降低钻孔漏气提供了...     

顶板巷瓦斯抽采诱导煤自燃机制及安全抽采量研究

在统计分析顶板巷瓦斯抽采在国内使用情况的基础上,为了协调顶板巷瓦斯抽采与煤自燃的关系,立足解决顶板巷瓦斯抽采诱导煤自燃问题,以耿村矿为例,通过顶板巷气体成分及采空区温度的实测分析,证实了顶板巷瓦斯抽采诱导采空区漏风及自燃的发生。通过数值计算及理论分析,识别了顶板巷瓦斯抽采下的漏风通道存在形式以及漏风动力构成,揭示了顶板巷瓦斯抽采诱导遗煤自燃的作用机制。提出了安全抽采量的概念,基于质量守恒,以风排瓦斯及采空区氧化带宽度为约束指标,建立了安全抽采量数学模型。通过对模型的检验,验证了安全抽采量模型的正确性和有效性。     

高位巷道合理瓦斯抽采量研究

基于高瓦斯易自燃煤层巷道瓦斯抽采技术,结合耿村13190工作面现场实际,以煤自燃防治为出发点,运用理论分析、数值计算、风排瓦斯等多项指标,综合分析了高位抽采巷合理抽采量问题,认为13190工作面高抽巷抽采量在180～190 m3/min之间比较合理,有利于处理瓦斯与火共存的采空区自燃管理。     

上覆采空区煤自燃与瓦斯综合防治技术

为高效解决煤层在掘进期间瓦斯与火共存灾害问题,在研究鹿洼煤矿4301煤层上覆采空区瓦斯赋存、煤自燃特点的基础上,构建了4301(2)煤层瓦斯与煤自燃指标气体检测体系,确立瓦斯与煤自燃异常区域;提出了采用喷浆、注凝胶对漏风地点快速封堵、注黄泥浆对煤自燃异常区域迅速降温及覆盖氧化煤体的综合防灭火措施;针对瓦斯异常涌出问题,提出了"封堵裂隙-钻孔排放-风量稀释"三位一体的瓦斯防治措施。     

砚北煤矿特厚易自燃煤层邻近采空区瓦斯抽采与煤自燃耦合研究

砚北煤矿特厚易自燃煤层采用分层开采，在工作面推进过程中因周期来压造成工作面上隅角瓦斯瞬时超限，目前主要通过瓦斯抽采解决该问题，但邻近采空区抽采易引起采空区漏风，可能导致遗煤及下分层煤发生自燃。为分析采空区瓦斯抽采对遗煤自燃的影响及优化抽采参数，编制了瓦斯抽采、漏风、氧化升温耦合脚本文件，建立了邻近采空区瓦斯抽采耦合氧化升温数值计算模型，并利用该模型模拟了不同抽采条件下邻近采空区瓦斯浓度分布、温度分布及氧气浓度分布规律，综合考虑抽采效率和防止煤氧化自燃，研究结果表明：抽采钻孔高度35 m、抽采负压7 kPa时瓦斯抽采效果最佳。研究结果可为特厚易自燃煤层工作面上隅角瓦斯治理及邻近采空区瓦斯抽采设计提供技术参考。     

基于COMSOL Multiphysics模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究

为考察坪上煤业主采3号煤层的合理抽采钻孔间距,利用瓦斯在煤层中的运移和渗流规律,结合实测煤的参数条件,在相同的抽放负压、抽放时间等影响条件下,运用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了不同钻孔间距时所抽煤层在抽采时间为400 d时钻孔影响范围内煤体瓦斯含量变化规律,得出了满足抽采时间条件下的合理钻孔间距为5 m。结合矿井2305（上）回采面巷道内开展了不同钻孔间距实测,在相同的瓦斯地质参数及抽采系统条件下,连续抽采且观测时间达到400 d时各钻孔的瓦斯抽采纯量和钻孔浓度变化。确定了在抽采时间达到400 d时,抽采钻孔间距为5 m时的钻孔瓦斯浓度为35%、流量为0.04 m3/min,受抽采系统影响明显;而间距在6 m的钻孔的流量和浓度仍保持自然衰减特征。模拟和现场实测均验证了该矿瓦斯抽采钻孔间距布置以5 m最佳,该研究为实际生产过程中确定合理的钻孔间距提供理论依据,为矿井瓦斯抽采布局及瓦斯治理提供了技术保障。     

瓦斯抽采下沿空留巷采空区遗煤自燃危险识别研究

针对瓦斯抽采下沿空留巷采空区遗煤自燃问题,以试验矿24208工作面为研究背景,采用UDEC4.0和Fluent进行数值模拟,识别了工作面回采过程中顶底板裂隙发育形成机制及演化规律,分析了风量对采空区流场及风排瓦斯的扰动关系,采用示踪气体实测了工作面立体空间的漏风去向及漏风比例。结果表明:当工作面推至65 m时覆岩层达最大程度卸压,垂直裂隙发育高度最大达25 m,有效满足瓦斯抽采;采空区的漏风去向:工作面—采空区—压埋管钻孔、工作面—采空区—沿空留巷、工作面—采空区—邻近层高位钻孔;随风量的增加,采空区氧化带宽度不断扩大且向深部靠拢,下边界整体后移,上隅角瓦斯浓度逐渐下降。     

瓦斯涌出衰减特征法测定水力冲孔抽采影响半径

确定水力冲孔瓦斯抽采影响半径参数对于提高瓦斯抽采效率,消除钻孔间防突空白带,保证煤矿安全生具有重要的现实意义。在研究分析钻孔周围煤体松动对瓦斯涌出的影响,负压抽采下排放钻孔瓦斯流动、涌出特点,发现排放钻孔瓦斯涌出可分为前期、后期2个阶段,应用钻孔瓦斯涌出量负幂指数方程分别计算前期瓦斯排放量和后期瓦斯极限排放量,两者加和为钻孔瓦斯极限排放量Qj,提高了计算求解的准确性;指出负压抽采影响下排放钻孔周围煤体瓦斯流向抽采钻孔,是排放孔后期瓦斯涌出衰减系数突变性减少原因,造成排放孔百米钻孔瓦斯极限排放量与未受抽采影响的显著差异性;根据受负压抽采影响出现的排放钻孔瓦斯涌出衰减系数突变性、排放钻孔百米瓦斯极限排放量显著差异特征,提出了瓦斯涌出衰减系数特征法测定水力冲孔抽采影响半径的方法;运用此法在鹤壁中泰煤业公司进行了现场测试,结果表明,煤孔平均冲出煤量1.3 t/m,抽采时间60 d,抽采影响半径为5.1 m。