回采工作面气体浓度分布统计规律

煤自燃是影响矿井安全生产的主要灾害,而指标气体是预警煤自燃最有效的参数之一。为了掌握采空区气体浓度分布特征,为煤自燃预警提供数据支撑,本文基于统计学理论研究了采空区气体的分布特征,并利用小波变换分析了采空区CO浓度变化的周期性。研究结果表明:采空区内的O_2浓度服从正态分布,CO浓度服从对数正态分布;相同盘区的采空区煤自燃"三带"分布具有相似性,且进风侧漏风带宽度大于回风侧约10m,氧化带宽度比漏风带宽20～30m;采空区CO浓度具有显著的周期性,存在第一主周期和第二主周期,且在第一主周期内,CO浓度变化符合"高-低-高"的分布特征,其分布周期与工作面周期来压时长相同。该研究结果对掌握采空区气体分布规律及煤自燃预警具有重要的工程意义。     

寸草塔煤矿22煤层自然发火标志气体及自燃预警值研究

寸草塔煤矿22煤层为变质程度较低的不黏煤,低温氧化条件下CO产生量较大。结合22301工作面煤层赋存的实际情况,通过实验室测试分析,优选了22煤层自然发火标志气体,通过理论计算,构建了工作面正常推采条件下回风隅角CO体积分数值的预测模型,现场实测了采空区自燃火灾关键技术参数,确定了工作面回风隅角CO体积分数预警值,规范和完善工作面回风隅角CO气体超限防治技术。     

低变质煤种综放面采空区CO产生及运移规律研究

我国西北地区主采低变质煤种，在开采过程中存在回风隅角、回风巷等区域CO气体体积分数超过0.002 4%的问题，通过对新疆哈密市大南湖一矿3号煤层的低变质煤样在实验室的程序升温试验，测定煤模拟自燃过程中的CO产生速率，再利用FLUENT软件模拟综放开采条件下的CO产生及分布，从而分析开采低变质煤种综放面采空区的CO产生及运移规律，认为3号煤层综放面内CO气体来源于采空区的占比为32%,剩余的68%则来源于支架后部刮板输送机区域堆煤的氧化，这为治理低变质煤种的CO超限问题指明了方向。     

U+L通风下采空区漏风规律及气体体积分数分布研究

针对酸刺沟煤矿U+L通风条件下漏风复杂且上隅角O_2体积分数偏低、有害气体体积分数偏高的问题,通过现场试验及数值模拟,对采空区漏风规律及气体体积分数分布进行研究,并提出一种新式密闭封堵措施。结果表明:采空区联络巷密闭漏风导致相邻采空区有害气体通过密闭裂隙漏入回采工作面采空区,且受回采工作面遗煤氧化及原煤CO_2解吸影响,回风隅角O_2体积分数偏低,CO_2和N_2体积分数偏高;回风隅角O_2体积分数与联络巷密闭距工作面距离成正比,CO_2和N_2体积分数与联络巷密闭距工作面距离成反比;采取密闭封堵措施后,上隅角CO_2体积分数降到0.25%以下,O_2体积分数提高到16%以上;现场试验及数值模拟得到的采空区"三带"范围基本一致,氧化带范围为7～110 m,确定采煤机割煤速度不得小于2.13 m/d。     

基于标志气体统计学特征的煤自燃预警指标构建

采空区煤自燃是影响矿井安全生产的主要灾害之一,标志气体与煤温是煤自燃预警的关键参数,2者之间的数学模型及其统计学特征是构建煤自燃预警指标体系的基础。通过程序升温控制实验,获得了88组煤样气体体积分数随煤温的变化曲线,选择指数函数、多项式函数和Logistic回归函数对气体体积分数进行拟合,以R²,方差SSE和均方差MSE等参数为评价指标,确定了Logistic回归函数为最佳拟合函数;利用Logistic函数拟合标志气体的变化曲线,得到CO与C₂H₄体积分数的4个参数A₁,A₂,p和x₀,基于统计学特征确定上述4个参数的值并检验其有效性,得到"气体-温度"的本构方程;最后,归纳了不同标志气体的初现温度、拐点温度的统计学特征,构建了基于气体统计学特征的煤自燃预警体系并进行了煤自燃危险阶段划分。结果表明:(1) 30～350℃实验温度内,标志气体体积分数变化分为波动段、稳定段和衰减段,气体体积分数与煤温符合Logistic回归模型:CO与C₂     

液态CO2防灭火技术在泰山隆安煤矿11303综采工作面中的应用

针对11303综采工作面在回采过程中易出现采空区遗煤氧化自燃问题,通过对液态CO₂防灭火基本原理及施工工艺进行分析,并结合工作面煤层地质条件和开采条件,提出了采空区灌注液态CO₂防灭火技术方案和指标气体监测方案,并在工作面进行了应用,根据监测结果分析表明：采取该方案后,工作面采空区内的O₂和CO浓度明显降低,且工作面上隅角和回风流中的空气温度也出现明显下降,采空区遗煤氧化自燃现象得到有效抑制,为工作面安全高效生产提供保障。     

超长工作面过联络巷期间自燃防治技术

为解决沙吉海煤矿B1003W01工作面过联络巷期间可能面临采空区遗煤氧化自燃和三角煤体破碎后易吸氧升温形成异常高温点等问题,在工作面过联络巷之前,通过调整通风系统和过联络巷期间采取加强自然发火预测预报、采空区全断面注氮和压注三相泡沫、煤体打钻注水及高分子复合胶体封堵漏风通道等综合防灭火技术措施来抑制采空区遗煤氧化自燃。实施措施效果表明:在过联络巷2个月期间,采空区内束管检测数据显示均为正常,采空区CO体积分数最高为43×10~(-6),上隅角CO体积分数最高为36×10~(-6),联络巷内温度最高为35℃,采空区未发现高温异常点,工作面安全推过联络巷。     

南屯煤矿综采工作面煤自燃分级预警体系研究

采空区内煤自燃隐患监测预警,是煤自燃火灾早期预防的前提和亟待解决的关键难题。建立煤自燃分级预警体系,是为了解决南屯煤矿工作面回采过程中煤自燃火灾的监测预警问题。采用煤自燃程序升温实验得到了南屯煤矿综采工作面煤样在采空区不同氧气浓度下自燃氧化过程中耗氧速率、CO气体、C₂H₄等氧化气体随温度的变化规律,结合现场数据,经过优选确定了CO,O₂,C₂H₄及C₂H₆作为主要的工作面采空区煤自燃预测指标气体,并辅以格氏火灾系数R₂,R₃与φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆)作为煤自燃隐患的预测预警指标。提出了南屯煤矿综采工作面“灰、蓝、黄、橙、红、黑”6级预警指标体系,结合现场确定了预警阈值,形成了综采工作面煤自燃分级预警指标体系。在综采工作面煤进行了应用,实现了煤自燃隐患的早期预警,提高了煤自燃火灾防控的技术水平,保障...     

深井高地温煤层回采工作面防火技术研究

针对朱集西煤矿 11501 工作面高地温、高地压的特点,分析了 11-2 煤的自燃特性以及采空区自燃“三带”分布规律,得出 11-2 煤应以 CO,C₂H₄,C₂H₂作为标志性气体;采空区进风侧氧化带范围为 32～96 m,中部氧化带范围为 26.4～62 m,回风侧氧化带范围为 28.4～91 m。 根据煤自燃特性以及采空区自燃“三带”分布规律,制定了工作面回采期间防灭火技术方案,即加强气体监测,进、回风隅角端头设挡风墙控制漏风,进风侧预埋注氮管路,高抽巷布置灌浆钻孔等防灭火措施。 结果表明,采用上述措施后,正常回采期间,采空区内 CO 浓度最大为 13×10^-6;过断层期间,采空区内 CO 浓度最大为 10×10^-6,有效地防治了采空区遗煤自燃,保证了工作面的安全回采。     

基于气体生成速率的煤自燃CO指标临界值确定方法

为了保障矿井精准及时地开展煤自然发火预测预报工作,确定工作面CO的指标临界值,以煤氧化过程中CO气体产生机理为理论依据,通过程序升温实验获取不同煤温下CO的产生速率,确定工作面煤自燃标志性气体,结合煤矿现场参数条件、煤层自燃特性以及CO来源等因素,推导出了基于气体生成速率的工作面CO体积分数指标预测数学模型,并成功应用于试验矿井,得到了回风隅角和回风巷CO的安全管理浓度以及自燃临界值。研究成果对煤层自燃预测预报和防灭火技术管理具有良好的借鉴意义。     

突出矿井近距离煤层群煤自燃预警与防控方法

突出矿井煤层群存在开采过程互相影响,采空区贯通,漏风地点较多,防灭火工作难度大等特点。为了对突出矿井近距离煤层群煤自燃过程进行准确预测,以贵州发耳煤矿为例,通过煤自燃程序升温试验分析了煤氧化过程中各气体的变化规律,确定了煤自燃单指标气体和标志气体比值的综合预测指标,提出了煤自燃监测预警系统和现场布置情况。结果表明：发耳煤矿各煤层煤样的临界温度范围为70～80℃,干裂温度范围为130～140℃。结合耗氧情况、CO和C₂H₄的出现温度和变化规律综合判定得到发耳煤矿不同煤层煤自燃氧化优先级顺序为：1#煤>3#煤>5-2#煤>5-3#煤>10#煤>7#煤。根据试验结果和现场数据,确定了煤自燃温度的6个气体指标(CO、O₂、C2H4、φ(CO)/φ(CO₂)、φ(CO₂)/φ(O₂)、φ(CO)/φ(O₂))及分级预警的温度范围和气体指标临界值,对煤自燃进行四级分级预警。最后,提出了针对突出矿井煤层群“加强煤自燃预...     

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。     

黄白茨矿采空区自燃危险区域“三位一体”预测应用

运用采空区束管监测,得出采空区自燃危险区域指标气体分布情况及流场气体运移规律。在此基础上对工作面采空区气体流场进行三维稳态数学建模,确定了采空区氧体积分数分布及自燃危险区域范围,同时应用同位素测氡技术探测地表氡异常区域进行验证,形成井下监测-计算机模拟-地表验证“三位一体”的采空区自燃危险区域预测的理论体系。将此方法成功应用于黄白茨矿1293工作面采空区,结果表明在当前工作面通风和回采进度条件下,采空区氧气带呈不规则“O”型分布,采空区煤自燃危险区域(氧气体积分数10%～15%)呈“U”型分布在距离工作面进风巷100～450 m,回风巷70～250 m,中部距离工作面50～140 m处。研究成果为采空区煤自燃区域精准探测提供了借鉴。     

羊场湾矿2号煤层自燃指标气体及其阈值研究

为研究羊场湾煤矿2号煤层自燃预测预报指标体系,采用程序升温方法测试了不同粒径实验煤样在氧化过程中气体产生规律,确定了煤样自燃的气体指标及其临界值。结果表明:CO/CO₂值可以作为煤自燃低温阶段的主要指标,ΔCO/ΔO₂值为辅助指标,C₂H₄在煤温达到90 ℃后出现,可以作为煤自燃进入高温阶段的指标气体,ΔCO/ΔO₂值可以作为煤自燃高温阶段指标。研究结果为羊场湾煤矿2号煤层自燃预测预报及主动防控提供了依据。     

综放工作面遗煤自然发火及早期预报技术

通过对大阳泉煤矿工作面主副巷、密闭墙压能分布规律及标志性气体的检测分析,得到该矿采空区漏风情况、均压压力,以及O2、CO、CO2、C2H6、C2H4、C3H8等标志性气体浓度变化的规律,为确定2120、8124主巷密闭墙以内巷道煤体破碎带自燃危险区域范围及其形态提供了技术支持。根据采空区遗煤自燃特点,从加强通风管理、气体与温度检测、均压、灌注三相泡沫等方面制订了全面的遗煤自燃防控体系。     

张集煤矿1301综放面采空区气体场分布规律研究

为确定张集煤矿1301综放面采空区遗煤自燃风险范围，采用经孔隙度优化的数值模拟与现场实测相结合的方法，研究了该综放面采空区自燃“三带”分布规律以及CH₄在采空区内部的分布特点，确定了该综放面采空区煤自燃危险区域，明确了工作面的最小安全推进速度。结果表明：采空区CH₄体积分数随工作面走向距离的增加呈整体上升趋势；但在采空区中部沿走向存在20～80 m的相对稳定区；O₂体积分数随采空区深度的增加呈明显下降趋势，进、回风侧采空区氧化带范围分别为44.8～76.8 m、27.6～51.3 m.为了防止1301综放面采空区遗煤自燃，在不采取其他防火技术措施的情况下，应确保综放面推进速度大于1.43 m/d.     

潞宁矿区2~#煤层自燃指标气体优选的试验研究

以潞宁矿2#煤层煤样为研究对象,通过程序升温试验,研究不同气体在煤氧化过程中的变化规律,具体分析了CO、C2H4、CO/CO2体积分数随温度变化特性。试验结果表明:潞宁矿区2#煤层煤产生CO的临界温度为30℃,从80℃开始CO体积分数呈持续稳定上升趋势,C2H4出现的温度为160℃左右,CO/CO2体积分数比从80℃时生成速率迅速增加。因监测中难以准确分析气体在采空区的真实体积分数,所以同一组气样体积分数比对于预测煤自燃具有重要意义。因此,潞宁矿区2#煤层检测煤炭自燃的标志气体应以CO为主,CO/CO2为辅。当煤温达30℃时,应加强CO体积分数监测;当CO体积分数达1.8×10-5,CO/CO2体积分数比为1时,应发出煤炭自燃预警并采取有效的防灭火措施。     

新河煤矿采空区自燃“三带”分布及防火技术研究

随着新河煤矿开采深度的增加，煤自燃初始温度升高，导致发火危险性增加。为预防新河煤矿7312工作面采空区发生煤自燃事故，通过监测采空区气体浓度，得到采空区内O₂浓度的变化规律，利用FLUENT软件对O₂分布进行模拟，得到自燃“三带”模拟结果与观测结果一致，以此对工作面进行采空区自燃火灾防治技术研究。     

许疃煤矿煤炭自燃指标气体优选与应用

为了有效预防许疃煤矿3_238工作面采空区遗煤自燃,通过采集该工作面煤样进行煤自燃倾向性测试和低温氧化试验分析,优选出预测煤自燃指标气体:煤温在20～100℃时,以CO作为指标气体;煤温在100～150℃时,以C_2H_6作为指标气体;煤温在150℃以上时,以C_3H_8作为指标气体,并以链烷比作为辅助指标参数。根据测试结果,采用插值拟合方法,得到各指标气体体积分数与温度之间的函数关系式。基于所建立的拟合函数关系式,通过检测煤体温度,可以计算出CO、C_2H_6及C_3H_8的体积分数,用于推测采空区自燃状况。现场应用结果表明,采空区遗煤自燃预测效果良好。     

基于采空区流场的遗煤自燃危险区域判定及复合惰化技术研究

采空区遗煤自燃火灾是影响煤炭生产安全的主要灾害之一。基于Fluent数值模拟技术,构建采空区三维物理模型,模拟研究了采空区流场立体分布规律,并以O2体积分数为判别指标划分了采空区遗煤自燃危险区域;通过分析采空区遗煤空间分布规律及不同惰性气体的惰化特性,提出了综放工作面采空区复合惰化技术,即高位压注CO2和低位压注N2,并与单一气体惰化技术进行了对比研究。结果表明:复合惰化技术相较于单一气体惰化技术有着更好的防灭火效果;在工程应用中,各监测点CO体积分数在短时间内均降低到2.4×10^-5以下,压注惰气期间防灭火效果良好。