工作面Y型通风方式下采空区瓦斯与煤自燃耦合分析

为有效解决工作面上隅角瓦斯超限问题,采用数值模拟、现场试验等方法,分析采空区瓦斯与煤自燃关系及规律。一定范围内风量的增加可显著降低采空区瓦斯体积分数,工作面风速或推进速度增加均可降低采空区遗煤自然发火期,而采空区氧化带范围随着瓦斯抽采流量的增加而增加。数值模拟和现场应用结果表明,采用Y型通风及埋管抽采可有效解决马兰矿10604工作面上隅角瓦斯超限和遗煤自燃问题。     

易自燃煤层工作面上隅角瓦斯治理技术研究

分析了上隅角瓦斯积聚规律,通过数值模拟研究了U形通风方式不同风速对工作面上隅角瓦斯浓度变化的影响,设计了以上隅角埋管抽采为主的瓦斯治理方案,模拟了埋管抽采对采空区漏风的影响,分析了抽采方式下对煤自燃的影响,并考察了埋管抽采对上隅角瓦斯浓度影响的效果。     

综采工作面瓦斯综合治理技术应用

针对30401综采工作面回采期间上隅角经常出现瓦斯积聚造成瓦斯超限、上隅角抽放易造成采空区漏风发生遗煤自燃问题,结合工作面煤层地质及现场条件,提出工作面瓦斯综合治理技术。经现场应用,工作面上隅角及回风巷瓦斯浓度控制在0.5%以下,采空区未发生遗煤自燃现象,工作面日产量由原来2000 t/d提高到3000 t/d,实现工作面安全高效生产。     

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。     

复合采空区遗煤自燃极限参数变化及危险区域判定

特厚煤层采用分层综放开采时,上分层遗煤易发生二次氧化,致使煤自燃预防和治理的难度加大。为了准确判定下沟矿ZF1801工作面上、下分层采空区遗煤自燃危险区域,通过程序升温实验分析4#煤层煤的自燃极限参数,并根据气体监测数据判定采空区遗煤自燃危险区域。研究结果表明:4#煤层煤的耗氧速率和放热强度随温度的变化均符合高斯型函数关系;随遗煤厚度的增加,下限氧气体积分数逐渐降低,而上限漏风强度逐渐升高;当遗煤厚度一定,温度达到90℃时二者的极限参数最低;遗煤自燃危险区域在ZF1801工作面下分层采空区回风侧20～125 m、宽105 m,在上分层回风巷、进风巷侧0～40 m、宽40 m;当ZF1801工作面推进速度低于2.34 m/d且停采28 d以上时,采空区存在自燃危险。研究结果可为下分层综放工作面末采期间采空区自燃危险区域判定提供参考。     

急倾斜自燃煤层瓦斯抽采技术研究

以煤田内宏远煤矿开采的B1煤层为例,分析了急倾斜自燃煤层采空区瓦斯抽采易造成采空区火灾、不抽采易造成上隅角瓦斯积聚甚至超限的难点与不足,针对B1煤层在回采和掘进中存在具体问题,对矿井瓦斯抽采方式进行了改进,提出了适合高瓦斯矿井急倾斜自燃煤层的瓦斯抽采技术,取得了良好的效果。     

顶板长钻孔替代高抽巷抽采控瓦斯与采空区注氮防火耦合治理研究

高瓦斯矿井易自燃煤层,工作面受上隅角瓦斯超限与采空区遗煤自燃双重威胁。为解决高抽巷抽采瓦斯导致采空区氧化带面积变大、增大遗煤自燃危险性的问题,以顶板长钻孔替代高抽巷,配合进风巷侧注氮,通过对长钻孔参数与注氮参数的优化,进行防火与控瓦斯耦合治理的研究。以中兴煤业1401工作面实测数据结合ANSYS数值模拟,研究了长钻孔数量、位置对工作面上隅角瓦斯的影响规律,获得以5个直径300mm、距回风巷10m、距煤层底板15m的顶板长钻孔替代高抽巷的最优方案。在此基础上,为保障对采空区遗煤自燃的有效控制,研究了注氮量与注氮位置对采空区氧化带分布的影响规律,获得在进风巷侧氧化带与散热带分界位置注入5.5m3/min的氮气,将采空区氧化带宽度降至25m的优选结果。通过对上隅角瓦斯与采空区遗煤自燃的综合控制,保证了工作面的安全生产。     

高瓦斯易自燃煤层采空区抽采瓦斯方法对比分析

为了研究高瓦斯易自燃煤层采空区瓦斯与火灾复合灾害共存的情况下抽采瓦斯对采空区遗煤自然发火的影响,以彬长矿区文家坡煤矿高瓦斯易自燃的首采4101工作面为研究对象,利用ANSYS三维可视化数值模拟软件,建立了采空区漏风流场的数值模型,定量对比研究了高位钻孔抽采、邻近巷抽采和埋管抽采3种不同抽采瓦斯方法下采空区瓦斯浓度分布、采空区漏风流场以及采空区"三带"宽度范围变化的差异性。研究结果表明:采用高位钻孔抽采方法时采空区漏风流场和自燃带宽度范围在采空区深部30 m范围内的影响和变化都相对较小,能够有效的减少采空区瓦斯与火灾复合灾害的发生,从而对工作面的安全高效回采提供保障。     

高瓦斯易自燃采空区瓦斯与煤自燃耦合模拟研究

以高瓦斯易自燃111811综采工作面采空区为对象,研究了无抽采和瓦斯立体抽采条件下采空区瓦斯抽采治理效果及与浮煤自燃的耦合影响。通过建立理论模型,结合现场观测,计算得出了分段渗透率范围并建立了采空区渗透率三维控制方程。模拟结果表明:无抽采条件下,采空区瓦斯积聚严重,在可能自燃带范围内存在瓦斯与煤自燃共生致灾危险区,必须加以处置;而在采用了采空区留管及高抽巷等瓦斯立体抽采措施后,有效治理了采空区瓦斯积聚问题,抽采负压4.5 k Pa时,上隅角处的瓦斯体积分数降至0.5%,满足要求;可能自燃带范围内的瓦斯体积分数下降至0.48%~4.69%,有效消除了瓦斯与煤自燃共生致灾危险,保障了安全生产。但瓦斯抽采作用会造成采空区漏风量增大,可能自燃带范围扩大,采空区自然发火危险性有所增加,应加强观测。     

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。     

超长综采工作面撤架期间煤自燃预测及防控技术研究

为治理济宁二号井9303超长综采工作面撤架周期长、采空区遗煤量大、存在漏风等问题导致的采空区煤自燃,基于数学建模、程序升温试验、现场原位监测相结合的方式,研究了适合超长工作面撤架期间煤自燃预测与防控一体的综合防治技术。根据已有的对推采期间上隅角CO预测研究与现场条件推演停采撤架期间上隅角CO浓度数学模型;通过程序升温-色谱分析试验获得采空区遗煤氧化升温过程中CO与C_2H_4的生成规律;依据煤自燃危险区域判定理论对采空区自燃"三带"分布进行现场观测,通过上隅角CO浓度预测数学模型、采空区束管监测数据以及工作面参数计算得到上隅角CO预测浓度,判断采空区遗煤自然发火危险性;最后结合预测结果、工作面发火特点以及煤自燃防治工作经验,提出封堵减漏、惰化降温等防控措施。结果表明:遗煤氧化升温的临界温度为60～80℃、干裂温度为110～130℃、采空区遗煤氧化升温标志气体随温度变化呈类指数增长;常温、临界温度、干裂温度三个特征温度对应的上隅角CO体积分数预测范围分别为:≤36.30×10~(-6)、(410.02～1 758.05)×10~(-6)、(12 264.33～38 197.95)×10~(-6);通过上隅角CO浓度预测与现场监测值对比分析,成功预测了停采撤架期间采空区煤自燃程度,所提出的针对性防控措施成功消除了煤自燃隐患,保证了撤架工作的顺利进行。     

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。     

金佳矿采空区瓦斯运移与煤自燃规律研究与实践

针对煤矿抽放采空区瓦斯和减少漏风防止采空区煤氧化自燃的矛盾,研究了开采过程中采空区瓦斯运移及遗煤氧化自燃规律。采用全面布点的方法测量工作面采空区气体成分和浓度,分析得出瓦斯运移规律和"三带冶情况;根据所得数据和分析结果,建立模型并应用FLUENT对采空区瓦斯分布状态和漏风情况进行数值模拟,得到渐变供风量下的可能自燃带范围和瓦斯涌出的变化规律,并据此得到同时满足防止瓦斯浓度超限和煤自燃要求的安全风量。     

分层开采上分层综采工作面采空区瓦斯抽采技术优化

坪上煤业为煤与瓦斯突出矿井,综采工作面采用分层开采,"U"型通风,由于瓦斯含量高,采用了本煤层预抽、高位钻孔抽采邻近层及上隅角插管等综合抽采方法,但回采期间工作面上隅角瓦斯浓度仍在0.5%~0.7%之间,为了降低上隅角瓦斯浓度,对原有采空区治理方法进行分析并改进。通过在2305(上)综采工作面加大上隅角密闭插管的管径,采用新式上隅角瓦斯拖管抽采技术及设计采用走向高位长钻孔的抽采方法,使工作面上隅角瓦斯浓度有效地降低到0.3%~0.4%,为工作面的安全生产提供了保障。     

李雅庄煤矿2-607综采工作面上隅角瓦斯治理技术

为确保采面生产安全,降低上隅角瓦斯集聚给煤岩回采影响,对2-607综采工作面上隅角瓦斯治理展开研究。由于开采的2^#煤为自燃煤层,将采空区埋管抽采口布置在散热带内,可避免埋管抽采增加遗煤自燃。现场应用后,上隅角瓦斯浓度控制在0.45%以内,采面日产量也由2000t提升至2800t,取得显著应用成果。     

文家坡煤矿工作面漏风规律及隅角封堵效果

为解决陕西彬长文家坡煤矿4105工作面采空区因工作面漏风易引发煤自燃的潜在安全隐患,利用SF₆示踪法检测采空区漏风通道,掌握工作面漏风规律。利用COMSOL数值模拟软件分析不同封堵条件下的采空区瓦斯运移规律,明确了同封堵条件下的采空区瓦斯运移效果。研究结果表明,工作面100#～120#支架之间30 m范围内SF₆响应度显著,存在明显漏风通道或数量较多的细小漏风通道;上下隅角均未封堵的情况下,漏风量最大,且漏风迹线遍布整个采空区,遗煤自燃概率最大;仅封堵下隅角时,漏风量相对减少,且漏风迹线在采空区中部分布较少,遗煤自燃概率有所降低。同时,对上下隅角进行封堵时,漏风量最少,且漏风迹线在采空区中部分布、工作面与采空区交界面附近分布较少,遗煤自燃概率最低。采空区漏风封堵时应对上下隅角同时进行封堵,切断漏风通道,减少采空区漏风。     

易自燃煤层上隅角瓦斯抽采方法的选取

针对回采工作面"偏Y"型改为"U"型通风方式下上隅角瓦斯超限的问题,进行了"U"型通风改造后上隅角瓦斯超限的原因分析,利用ANSYS-FLUENT数值模拟软件,构建了采空区遗煤瓦斯渗流的数学模型,定量对比研究了走向高抽巷抽采和邻近巷插管抽采2种抽采方法下采空区瓦斯浓度分布和"三带"宽度变化,确定了走向高抽巷抽采能够有效的减少采空区瓦斯涌入上隅角,控制采空区自燃带的宽度,并对其实际应用效果进行了考察。结果表明:采用走向高抽巷抽采方法后,抽采的卸压瓦斯纯量达100 m~3/min之多,抽采率也达90%以上,上隅角瓦斯浓度处于0.8%以下,采空区无自然发火征兆,有效的减少了上隅角瓦斯超限和采空区火灾发生的风险,为回采工作面的安全生产提供了技术支持。     

高瓦斯矿井采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害防控研究

以乌兰煤矿Ⅱ020803工作面为背景,采用理论分析、数值模拟和现场实践等手段对采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害防控进行研究,研究结果表明:瓦斯爆炸三角形区域主要位于工作面及沿空留巷区域,位于该区域混合气体浓度适宜,一旦遇到有足够能量的点火源时,就有可能发生爆炸。当同层位的采空区氧化带范围和可爆区域范围重合区域内遗煤发生氧化发应时,会使煤体及其周围温度升高,一旦超过CH_4着火点温度时,就会发生瓦斯爆炸。采用高位瓦斯抽放与防灭火一体化钻孔及采空区动态隔离控制技术可使工作面隅角CO浓度、CH_4浓度呈现下降趋势,可有效防控工作面瓦斯爆炸与煤自燃耦合灾害。     

高瓦斯自燃煤层瓦斯抽采及采空区防火技术

为有效开展寺河矿二号井高瓦斯抽采、自燃煤层采空区防火工作,以151306工作面为试验对象,采用本煤层瓦斯预抽及顶板穿层走向钻孔预抽,有效降低本煤层及邻近层瓦斯含量;同时加强采空区CO束管监测系统进行预测预报,结合阻化剂压注措施,防止了工作面采空区上、下隅角和遗留煤柱发生自燃发火现象,实现了该工作面的安全高效回采。     

基于示踪气体的“U”型通风工作面煤自燃治理技术

分析了底抽巷的存在对邻近上分层采空区漏风的影响,通过定点释放示踪气体确定了漏风源和漏风汇,初步判断了采空区的内外部漏风通道。示踪气体测试漏风通道试验表明,该工作面采空区完全处于漏风中,漏风源为进风隅角、底抽巷;漏风汇为上隅角和密闭墙。最后根据漏风通道和O2浓度,对采空区"三带"进行了划分,并判定了煤自燃危险区域,根据测试结果,对采空区进行了防治,效果明显。