“U+I”型采煤工作面采空区瓦斯抽采量理论研究

以顶板巷卸压瓦斯抽采"U+I"型工作面为背景,为协调采空区瓦斯抽采与煤自燃耦合防治,提出了合理瓦斯抽采量概念,并分析了合理瓦斯抽采量的3种模式,建立了合理瓦斯抽采量理论.结合采空区漏风源汇特征,以质量守恒、风排瓦斯安全指标、采空区氧化带宽度、回采速度及自然发火期为指标,分别建立了瓦斯涌出及遗煤自燃的约束边界条件.在合理瓦斯抽采量理论基础上,确定了采空区合理瓦斯抽采量的数学模型.以义马耿村矿13210工作面为例,利用建立的数学模型,得到理论合理瓦斯抽采量范围为129.0~236.8m3/min,后续通过工作面瓦斯涌出及自燃氧化三带宽度数据,发现现场180.0~190.0m3/min的瓦斯抽采量满足瓦斯及自燃防治的需要,从而验证了模型的正确性和有效性.     

耿村矿综放面采空区"三带"的观测与分析

通过对耿村矿13011综放面采空区"三带"的观测,证实了在采空区中部布置观测管路观测气体方案的可行性,采集的气体更具代表性.在分析观测数据的基础上确定了采空区"三带"的宽度范围,并结合耿村矿煤层自然发火期,指出了防止采空区遗煤自燃所必需的工作面最低推进速度,讨论了某一工作面在不同时期影响"三带"范围变化的主要因素,为防止采空区遗煤自燃提供了依据.     

特厚易自燃煤层综放工作面采空区氧化自燃带分布规律模拟研究

特厚煤层(厚度8m)放顶煤开采过程中,采空区遗煤多,煤自燃火源隐蔽,位置和程度难以判定,加大了矿井火灾防治的难度。本文通过ANSYS FLUENT软件对山西峁底矿13204易自燃煤层综放面(煤层平均厚度12.06m)采空区的空间自燃"三带"分布规律进行了研究。模拟结果表明:沿采空区走向,在底板进风侧附近,氧化自燃带离工作面最小距离为20m,宽度68m;沿工作面倾向,氧化自燃带沿垂直于工作面的中心线呈非对称分布,进风侧氧化自燃带最宽,回风侧次之,采空区中部最窄;沿垂直高度方向,进风侧氧化自燃带距离底板最高可达30m,其宽度为12m。本文研究结果有望为特厚易自燃煤层综放面采空区防灭火提供理论借鉴作用。     

基于FLUENT的采空区流场数值模拟分析及实践

利用流体力学数值模拟软件分析采空区流场的分布,对研究采空区自燃氧化"三带"的空间分布极其方便和有效.通过对仿真数值模型的建立和通风参数的改变,分析不同供风量条件下的流场分布,有利于对采空区自燃发火等情况的分析和预测.基于采空区漏风极限的原则,通过FLUENT对唐口1304综放工作面进行数值模拟,分析了流场的分布,划分了自燃氧化"三带"的范围,对矿井内因火灾的防治提供了指导,有利于矿井的安全生产和整体安全水平的提高.     

采空区自燃"三带"微循环理论及漏风流场数值模拟

为掌握采空区自燃"三带"分布及其自然发火规律,通过唐口煤矿2307工作面采空区自燃"三带"现场温度和气样观测,利用FLUENT软件对采空区漏风流场数值模拟.结果表明:采空区自燃是一个氧热微循环过程,当漏风供氧大于氧化耗氧、氧化生热大于漏风散热时,氧热微循环可持续进行,直至自燃;得出工作面不同风量下采空区自燃"三带"的区域.进风巷侧采空区可能自燃带范围在48.2～98.6 m,而回风巷侧采空区可能自燃带范围在24.3～98.6 m.经对比分析,得出最有利于采空区防灭火的最佳供风量为1 200～1 440 m~3/min,可满足防灭火的需要.     

耿村矿综放面采空区“三带”的观测与分析

通过对耿村矿１３０１１综放面采空区“三带”的观测,证实了在采空区中部布置观测管路观测气体方案的可行性,采集的气体更具代表性．在分析观测数据的基础上确定了采空区“三带”的宽度范围,并结合耿村矿煤层自然发火期,指出了防止采空区遗煤自燃所必需的工作面最低推进速度,讨论了某一工作面在不同时期影响“三带”范围变化的主要因素,为防止采空区遗煤自燃提供了依据．     

简放工作面供风量与采空区遗煤自燃危险性研究

针对地方煤矿易自燃厚煤层简易放顶煤开采推进速度低的现实条件,本文在分析不同氧浓度条件下煤的耗氧速度、采空区煤氧化自燃三带及其与采空区漏风量关系基础上,研究了工作面供风量与漏风量及其采空区氧化带宽度的关系,研究结果为厚煤层简放开采工作面的合理供风量及防治煤炭自燃措施应用提供了技术依据.     

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。     

综放面采空区温度场动态数学模化及应用

根据采空区浮煤氧化自燃过程的主要影响因素,建立了采空区温度分布的数学模型,计算分析了采空区浮煤温度分布随工作面推进速度的变化规律,确定了工作面的最小推进速度．并用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编程,在微机上成功地模拟了忻州窑矿８９１６综放面采空区自然发火的动态变化情况     

易燃煤层隅角封堵效应研究

由于高瓦斯易自燃煤层采用U+I型通风,上下隅角极易向采空区形成大量漏风,从而诱发采空区浮煤发生自燃.通过数值模拟与现场实测,利用自燃氧化带区域的分布情况作为量化指标,表征上下隅角封堵措施对采空区浮煤自燃的影响效应.首先,利用FLUENT模拟隅角封堵前后采空区的立体瓦斯场、氧气场以及速度场分布,并以风速与氧气体积分数双指标划分采空区的自燃氧化带区域;其次,利用SF6示踪气体实测隅角封堵前后工作面的漏风量及漏风特征;最后,埋点实测封堵前后采空区的氧化环境,对比模拟结果,从而验证封堵措施的有效性,为矿井瓦斯抽采与煤自燃防治提供技术参考.     

易自燃煤层特殊条件下综放开采工作面防火技术研究

分析了耿村矿１３０１工作面易自燃煤层特殊条件下综放开采工作面自然发火的危险性;探讨了因采空区漏风而引起的工作面自然发火的防治措施．经现场实施研究表明,均压通风、低风量供风、加快工作面推进速度的综合防火技术,成功地防止了自然发火,保证了综放开采工作面的安全生产．     

综放工作面撤架期间预防采空区遗煤自燃措施探索

煤矿工作面末采撤架期间,由于操作时间长和采空区漏风量较大,因而采空区遗煤很容易发生自燃．鹤煤二矿3407综放工作面在末采撤架期间,通过工作面自燃监测、采空区埋管注浆、预设回撤通道减少回撤时间、阻化剂防灭火以及停采时设置多道密闭、翔闭采空区等措施,确保了工作面末采回撤的安全,同时也得到了较好的经济效益．     

New technological partition for “three zones” spontaneous coal combustion in goaf

On detailed analysis basis of spontaneous coal combustion for the three zones in mine goaf, we use O₂ and CO concentrations to divide the three zones of the coal combustion. Through our experiment, we selected a typical working face and focused on the changes in gas concentrations. In order to overcome establishment limitations of actual layout location and underground conditions in a mine goaf, we based our observations on the three zones, combined them with numerical simulation, described the distribution and the changes in O₂ and CO concentrations during the coal spontaneous combustion in the goaf, which provided us with an understanding of the distribution of coal spontaneous combustion in the three zones in the form of maps. Essentially, our study summarizes the changes of O₂ and CO concentrations in the entire goaf and shows them to be in agreement with our observations at the scene. The study shows that it is feasible to divide the three zones, given our comprehensive targets of O₂, CO and our numerical simulation. This method avoids the limitation of dividing the three zones with a single target and the likely errors of observations at the scene. In addition, the method offers a basis for optimizing measures of fire-fighting with important and practical effects.     

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.     

自燃煤层下行通风防火技术与展望

对我国回采工作面下行通风技术的应用状况以及下行通风对采空区煤炭自燃的抑制作用的研究工作进行了阐述，提出了回采工作而下行通风时采空区自热，点的自消原理，并论述了自燃煤层下行通风防火技术的推广应用前景。     

自燃采空区注氮过程标志性气体分布特征研究

在高瓦斯自燃煤层采空区采取高抽加尾巷排放瓦斯的立体抽放方式时,为避免采空区发生自燃,对采空区进行注N2防火．以华晋焦煤有限责任公司沙曲矿15201工作面为例,在确定采空区自燃三带划分标准的基础上,通过埋管测试方法,研究采空区注N2前后采空区N2和O2分布状态,以及采空区N2运移规律．结果表明,注N2后,注入N2与采空区原有气体混合,气体在采空区漏风压与注N2压力共同作用下运移．N2影响区内O2体积分数下降,氧化带范围缩小,降低了工作面自燃的危险程度．为工作面优化注N2参数和提高注N2防灭火效果提供了参考．