基于TDLAS的采空区煤自燃临界氧气体积分数与“三带”测定研究

为了研究高瓦斯矿井厚煤层工作面煤自然发火规律,以亭南煤矿4号煤层302工作面为研究对象,基于程序升温实验和分布式激光检测气体系统的方法,对煤自燃氧化特征、临界氧气体积分数及采空区自燃"三带"规律进行分析,得到高瓦斯矿井自燃"三带"特性。结果表明:亭南煤矿4号煤层下限氧气体积分数为8.0%,气体产物随氧含量降低总体呈现"滞后效应";采空区氧化带在倾向上是不对称的,进风侧较宽,最大宽度为95 m;回风侧较窄,为77 m,与1~#～4~#煤矿采空区"三带"相比,302工作面采空区散热带宽度较大回风侧相对较小,进回风侧氧化升温带最大宽度相对较小;在正常回采期间,煤自燃的主要威胁来自于采空区"两道"处浮煤。     

木瓜煤矿综采面采空区防灭火技术应用

为防止木瓜煤矿10#煤层工作面采空区遗煤自然发火,对10#煤层进行煤样自燃特性实验分析,确定了采空区自然发火标志性气体;以10-100工作面为例,建立束管监测系统;分析表明,距工作面大于55.2 m的采空区存在自然发火的可能;采用进风侧埋管采空区注氮系统,注氮后采空区CO浓度明显降低;实现了工作面的安全高效生产。     

综采工作面三带划分及防灭火技术

为保证寸草塔煤矿2-2煤层自然发火防治做到科学、合理、经济、有效,寸草塔煤矿展开对2-2煤层工作面采空区自燃“三带”划分的研究工作。通过对22301综采工作面采空区气体成分变化规律测定,划分了22301综采工作面采空区自燃“三带”分布范围,采空区进风顺槽侧氧化升温带较宽,为128 m;回风顺槽侧较窄,为101 m;确定了最小安全推进速度为2. 15 m/d,进而为合理确定防灭火工艺提供了依据,有效地指导了工作面的安全、高效回采。     

麻家梁矿4号煤层自然发火规律及防治技术研究

为了研究和掌握麻家梁矿4号煤层自然发火规律,采取煤样进行程序升温氧化实验,得出自燃标志气体应以CO为主和C_2H_4、C_2H_2为辅的结论。利用FLUENT数值模拟软件,对14101综采工作面的采空区自燃"三带"进行初步模拟分析,得出自燃带在距工作面40~65 m区域,提出了在不同开采时期煤自然发火的防治措施。     

10101综放工作面采空区自燃“三带”分布特征

针对豹子沟煤矿10101综放工作面开采,分析探讨可能引起采空区自然发火火灾危险因素;应用气相色谱分析仪和束管取气的方法测定该工作面采空区自燃“三带”分布数据;采用现场实测方法和采用数值模拟法分析采空区自燃“三带”规律,经比照,得出不同风量条件下采空区自燃“三带”分布特征,最终确定范围为:散热带小于27.2 m,氧化自燃带27.2~74.5 m,窒息带大于74.5 m;结合煤层最短自然发火期,确定工作面的最小安全推进速度为1.84米/天。     

辛置煤矿10-428B工作面自燃规律及防治措施

为了掌握辛置煤矿10-428B综放工作面自然发火的实际情况,利用气象色谱仪对采空区气体进行分析,确定辛置煤矿10号煤样标志性气体;通过束管检测获得采空区氧气浓度沿工作面推进方向的分布规律,确定采空区自燃“三带”分布:0~28 m为散热带,28~52 m为氧化带,大于52 m为窒息带,并提出采空区防灭火技术措施。     

综采工作面采空区自燃“三带”数值模拟

为研究综采工作面采空区煤自燃“三带”分布范围,以大梁湾煤矿30103综采工作面为研究对象,通过现场布置束管、人工监测的方式收集采空区不同深度气体组分数据。采用数值模拟软件进一步分析采空区的氧气浓度,与现场实测数据相互辅证,确定30103综采工作面采空区自燃“三带”的分布范围为散热带（进风侧<104 m,回风侧<43 m）、氧化升温带（进风侧104～310 m,回风侧43～235 m）、窒息带（进风侧> 310 m,回风侧> 235 m）。结合煤层最短自然发火期,得到工作面安全推进速度为4.84 m/d,研究成果对该工作面采空区煤自燃预防具有一定指导意义。     

基于层次分析法的综放工作面自然发火影响因素分析

煤层自燃不仅会造成煤炭资源浪费和环境破坏,还会产生有毒有害气体,严重威胁煤矿安全生产。以保德煤矿8~#煤层81308工作面为地质条件,基于层次分析法对工作自然发火影响因素进行了理论分析。研究结果表明,保德煤矿综放工作面自然发火影响因素主要为煤层赋存地质构造和煤具有自然发火性。     

阳湾沟煤矿自燃标志气体及其指标体系的实验研究

 阳湾沟煤矿所开采的6号煤层属于Ⅰ类容易自燃煤层。通过对阳湾沟煤矿6号煤层煤样进行自然发火程序升温试验,得到CO浓度,CH4浓度,C2H4浓度、C2H6浓度和耗氧速度变化曲线,通过分析确定CO为阳湾沟煤矿自然发火主要标志气体,C2H4和C2H6为辅助标志气体,基于此建立阳湾沟自然发火标志气体指标体系,并根据CO释放量,确定了阳湾沟煤矿氧化自燃标志气体判别参数,为防治阳湾沟煤矿综放工作面采空区自然发火安全技术措施提供了可靠依据。     

近距离煤层群开采自燃危险区域划分及自燃预测

通过数值方法求解复合煤层采空区渗流、扩散和化学反应耦合的三维稳态数学模型,得到常温下采空区氧浓度及渗流速度场的分布.结合大型煤自然发火实验得到的煤自燃的下限氧浓度、上限漏风强度、极限浮煤厚度等参数及煤的实验自然发火期,划分出开采下部煤层时上部煤层煤柱及采空区自燃危险区域,再结合工作面推进速度,预测自然发火期.采用这种方法对东荣二矿采煤工作面顶部煤层煤柱进行自燃预测,得到进风侧的煤柱氧化升温区在距离工作面50~140 m处,回风侧在距离工作面50~85 m处,工作面推进速度大于1.6 m/d时,煤柱无自燃危险,工作面停止推进但正常通风38 d后,煤柱进风侧将首先发生自燃.     

地面钻孔抽采对采空区自燃“三带”的影响研究

为解决魏家地煤矿工作面煤层透气性系数低,采空区瓦斯治理难的安全生产问题,以该矿北1103工作面为工程背景,采用数值模拟和现场实践等方法,对地面钻孔瓦斯抽采后,采空区自燃“三带”的变化规律进行了分析研究,并给出了相关自然发火对应防治措施。结果表明,北1103工作面经地面钻孔抽采瓦斯后,采空区散热带宽度由56 m增加至61 m;氧化带宽度由29 m增加至39 m;窒息带宽度由315 m减少至300 m。本次研究有效解决了北1103采空区瓦斯涌出量大与自然发火隐患问题。研究结果适用于魏家地煤矿采取综合立体瓦斯抽采治理模式的工作面,极大地保护了工作面安全回采,对落实矿井的安全高效生产及经济价值效益具有良好的工程示范意义。     

青岗坪煤矿自然发火标志气体来源研究

为优化顶板含油煤层自然发火预测预报标志气体指标体系，采用现场取样和实验室检测方法研究了青岗坪煤矿采空区内气体的来源，确定了煤层原生气体和含油顶板气体的具体成分。研究结果表明:青岗坪煤矿42016工作面采空区内CO来源于采空区遗煤的低温氧化，煤层原生气体与油气成分中都含有C₂H₆，但都不含有C₂H₄、C₂H₂，烯烷比（C₂H₄/C₂H₆）与链烷比（C₃H₈/C₂H₆）均不适合作为判断青岗坪煤矿自然发火进程的指标。     

煤矿薄煤层定向钻孔水害探查技术研究

从保德煤矿水文地质条件出发,研究了矿区奥灰水突水危险性,计算了8号煤层底板安全隔水层厚度和突水系数。采用薄煤层定向钻探工艺对保德煤矿81312工作面胶带运输巷道和81313工作面辅助运输巷道底板以下岩层及10号煤层进行水害及隐伏构造探查,探明了8号煤层底板岩层地质构造及富水性,形成了区域薄煤层定向钻孔水害探查方法。研究表明,利用定向钻孔的一孔多用功能超前预抽10号煤层瓦斯,可为矿区安全开采提供保障。     

急倾斜特厚煤层综放工作面防灭火技术研究

神华新疆乌东煤矿+495 m水平B3+6工作面上部存在安宁渠小窑开采史,且B3+6煤层属Ⅰ类易自燃煤层,受井下工作面开采影响,地表裂隙发育、漏风严重。针对+495 m水平B3+6工作面存在的特殊开采条件,利用超前探测、超前注氮、架后埋管注氮、控风堵漏等综合防灭火技术措施,有效地防止安宁渠小窑开采区域、上覆老空区和本采空区遗煤自然发火,确保了该工作面安全回采。     

铁箕山煤矿2号煤层自然发火标志气体及临界值确定

为更好地确定以CO为标志气体的煤层自然发火标志气体临界值,以便于防治矿井火灾,将铁箕山煤矿2号煤层4427工作面作为试验工作面,通过现场埋管监测,分析了采空区和工作面的标志气体分布规律。结果表明:随着推进距离增加,采空区内测定的CO浓度先上升,后开始下降一段,之后加速上升,总体变化趋势与自燃“三带”变化相似;在工作面上回风隅角CO浓度值最高,且回风流CO浓度波动较剧烈。以此为基础,通过进一步研究与计算,最终确定铁箕山煤矿2号煤层4427工作面各标志气体浓度临界值:采空区CO浓度临界值为140×10^-6,回风隅角CO浓度临界值为12×10^-6。     

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。     

州景煤矿5304工作面煤柱自燃特性及防治

为了及时处理州景煤矿5304工作面煤柱自燃灾害,测试了州景煤矿5304工作面煤自燃标志性气体,确定了5304工作面煤自燃指标气体为CO,并提出了采空区注浆和复合喷涂材料相结合的综合防灭火技术,同时使用综合防灭火技术对5304工作面窄煤柱自燃进行防治。结果表明:采空区内氧气和一氧化碳浓度迅速降低,回风巷内温度恢复正常值,煤柱自燃情况得到了抑制。采空区注浆技术与顶板喷涂复合材料技术的相互结合应用为类似煤层的自然发火防治提供了一种新的技术方案。     

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。     

基于FEMLAB的采空区煤层自然发火影响因素数值模拟

为了解决采空区煤层气抽采效率低、采空区漏风、煤层自然发火等问题,建立了采空区流场和温度场耦合数学模型,利用FEMLAB软件对采空区气体流场分布进行了数值模拟,分析了有无抽采对采空区煤层气改变氧化升温带的主要影响因素,以此研究合理的抽采位置、抽采方法、抽采量及工作面推进速度。研究发现,在推进度v=2.0 m/d下,采空区经历了缓慢氧化、加剧氧化和激烈氧化3个过程,70 d后发生采空区自燃;在推进度v=2.6 m/d下,采空区在100 d后发生采空区自燃;采空区自燃危险区域应在35~280 m,自燃氧化带宽度约为245 m。     

双巷直注液态二氧化碳防灭火技术

羊场湾煤矿容易自燃煤层大采高综放工作面,因设备老化、工作面推进速度缓慢,工作面采空区出现自然发火征兆。在分析二氧化碳特性及双巷注二氧化碳原理的基础上,构建两巷直注液态二氧化碳系统。冷却、惰化采空区,并提高采空区“两道”压能,减少采空区漏风及有毒有害气体溢出,消除自然发火隐患,保证了工作面安全生产。