南庄煤矿孤岛工作面防灭火技术存在的问题及解决措施

南庄煤矿8824工作面是一个典型的“孤岛工作面”,防灭火工作存在自然发火期不具体、指标性气体不明确、漏风复杂多变、采空区自燃三带数据缺失四大问题。南庄煤矿通过热重分析试验测得煤层最短自然发火期为66 d,通过升温试验确定了CO、C₂H₄作为15^#煤层的主要指标性气体,采用SF₆示踪气体法查明了该孤岛工作面的漏风形式和影响因素,通过预埋束管和测温探头方式对工作面采空区自燃“三带”进行了观测。     

高突矿井自燃煤层分级预警指标体系研究

淮南矿业集团潘二矿属于高瓦斯突出矿井,所开采的1煤为Ⅱ类自燃煤层。为预防煤层自然发火,以潘二矿1煤为研究对象,通过煤自然发火实验与程序升温实验,分析煤样气体产物浓度及气体比值随温度变化规律以及煤温随时间变化规律,得出了煤样在自燃发火过程中气体浓度的突变点与其对应温度之间的关系。通过理论分析选取煤自燃指标气体,最终确定能够表征煤自燃温度的5个气体指标(CO、O₂、CO/ΔO₂、C₂H₄、C₂H₄/C₂H₆),构建出具有6个预警级别的潘二矿1煤自燃分级预警指标体系,对矿井自燃火灾预测与防控具有重要意义。     

顾北煤矿煤自燃试验及早期多级预警技术

为了做好顾北煤矿煤自然发火防治工作,建立适用于顾北煤矿的煤自燃早期预警体系,提前分析顾北煤矿存在的煤自燃问题,以顾北煤矿13121工作面煤样为研究对象,进行煤自然发火试验,分析试验气体产物及各指标气体比值随温度变化规律,确定煤自燃指标气体及其临界值。试验结果表明,不同特征温度下对应的气体表征参数存在突然变化;结合试验数据分析得到CO、C₂H₄、C₂H₄/C₂H₆能够作为主要预测指标气体。最终结合煤自燃指标气体及临界值,提出适用于顾北煤矿的多预警级别的煤自燃分级预警指标体系,为煤自然发火预测预报提供了理论依据,对安全生产具有一定指导意义。     

复杂地质条件下自燃煤层切顶留巷防灭火技术研究

针对切顶开采条件下,工作面地质条件复杂,采空区遗煤多,采空区自然发火风险将急剧增加,存在采空区漏风量大、漏风范围广等问题,本文以360804综采工作面切顶开采为研究背景,采取以连续注氮为主,辅以每3 d预防性灌浆一次、每周预防性注液态CO₂一次的综合防灭火措施。结果表明：切顶留巷时,由于柔模墙漏风,采空区氧化带有所增加,通过采取连续注氮、预防性灌浆、灌注液态CO₂等措施,有效减少了采空区自然发火风险;庚₁₉、庚₂₀煤层自然发火标志性气体是以C₂H₄和CO为主,C₂H₂为辅,应用防漏风和注氮防灭火措施对采空区遗煤氧化有较强限制作用;应用采空区防漏风和间歇性注氮措施后,在留巷期间未检测到自然发火指标气体,实现自燃煤层切顶卸压沿空留巷安全开采。     

斜沟矿23109材料巷掘进过采空区防灭火技术研究

山西焦煤西山煤电斜沟矿23109材料巷沿疑似自然发火密闭矿井采空区掘进,受采掘扰动以及通风等影响,容易导致邻近采空区内遗煤自燃同时增大采空区有害气体外溢量,制约材料巷掘进及后续采面煤炭安全回采。结合23109材料巷现场情况及邻近采空区分布情况,采用探测加综合防治的防灭火技术方案,具体为：(1)综合“长探+短探”方式进行探测,并以CO和C₂H₄作为煤层自燃指标气体进行火灾预警,避免巷道误揭火区、提高巷道安全掘进保障能力;(2)探测发现有CO、C₂H₄气体时,首先采用灌注阻化剂+注氮防灭火,若后续仍能监测到CO、C₂H₄等气体则改用注氮+灌黄泥浆进行防灭火。现场采用的防灭火技术效果显著,23109材料巷得以安全掘进,后续采面回采期间未监测到邻近采空区遗煤存在自燃发火问题。     

基于TDLAS的KJ428型束管监测系统应用研究

针对王村煤业3-5^#煤层自然发火严重、井下人工采空区气体球胆取样,地面实验室化验效率低、误差大、实时性差的问题,以王村煤业3-5^#层北盘区8106为试验工作面,提出了应用基于TDLAS的KJ428型束管监测系统对采空区CO,C₂H₂,C₂H₄进行标志性气体观测的方案,从而达到自然发火准确预测预报的目的。系统的应用有利于准确掌握回采期间采空区气体情况,有效防止了遗煤自然发火情况的出现,保证了工作面设备、人员安全。该系统具有运行可靠、数据采集准确、操作简单、自动化程度高等优点,同时也为公司其他工作面的防火监测实现成功安全回采提供了范例。     

红阳二矿12号煤层标志性气体实验研究

针对红阳二矿12号煤层遗煤氧化的规律与特点,有效地进行防灭火工作,掌握采空区中遗煤氧化的速度,对红阳二矿12号煤层进行了煤样升温氧化实验,在温度不断升高的过程中检测出CO与多种烯烃气体,并且在不同温度下煤体析出气体的速度不同,最终选择CO、C₂H₄、C₂H₂作为标志性气体,产生的临界温度分别为59、176、403 ℃。在采空区检测出CO气体,说明采空区遗煤进入快速氧化阶段;检测出C₂H₄气体时,遗煤进入剧烈氧化状态;检测出C₂H₂气体时,说明采空区中已经产生明火,井下人员需要迅速撤离。通过煤体标志性气体的确定,建立12号煤层自燃预警系统,保证井下工作人员的生命安全与能源的充分利用。     

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...     

补连塔煤矿不同含水率遗煤升温氧化特性研究

针对补连塔煤矿上覆采空区积水状况,进行了遗煤吸水失水特性研究,模拟其积水采空区遗煤的吸水过程,并以此为研究基础对补连塔煤矿遗煤进行自燃程序升温实验,得出补连塔煤矿1号煤层不同含水比率条件下煤的氧化产物的生成规律。结果表明,补连塔煤样原始含水率在6%左右,煤矿不同粒径组块煤的最大吸水率相差很小,在14%左右;不同含水率煤样90℃前氧化速率低于原始煤样,在90℃后氧化速率高于原始煤样;含水率为39.9%时在低温阶段抑制了煤的氧化反应;C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈可作为补连塔煤矿煤自燃反应进入氧化反应加速阶段的标志性气体。     

矿井煤层自燃程度精细划分与预警方法研究

煤层自然发火程度的精准判识与预警一直是煤自燃防控领域亟须解决的世界性难题,需构建煤自燃阶段精细划分和精准预警方法。通过建立煤自燃分级预警体系,实现煤层自然发火早期精准预报和主动防控,可有效防控煤层自燃或继发灾害的发生。现场采集工作面新鲜煤样,破碎混合成试验煤样,通过大型自然发火试验台模拟工作面煤层实际氧化升温环境,开展煤自然发火试验测试。进一步分析得到煤层自然氧化升温过程中各反应阶段指标气体产物体积分数和生成速率等数值随煤温的变化规律,确定了煤自燃反应各阶段的特征温度点位。通过试验数据比对分析,确定煤层氧化升温过程精细划分的判定指标(CO、O₂、C₂H₄、C₂H₆体积分数及φ(CO₂)/φ(CO)、Graham值、链烷比)随煤温变化的阈值区间。将煤自燃全过程精细划分成6个预警等级,并建立了较为完备的煤层自然发火分级预警体系,定量确定了各阶段的判定指标标准。结合工作面实例应用中分级预警体系的效益表现,验证了所构建预警方法对于矿井煤层自燃进程的预测预报,并采取...     

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。     

高位钻孔抽瓦斯与压注CO2防灭火一孔两用技术

采空区瓦斯与遗煤自然发火耦合极易诱发瓦斯爆炸。结合唐口煤矿现场条件,分析了煤层瓦斯涌出规律及采空区自然发火特性,采用高位钻孔抽采瓦斯及压注液态CO₂防治采空区煤自然发火一孔两用技术。结果表明:高位钻孔抽采瓦斯能使回风隅角和回风流的瓦斯浓度分别降低到0.05%~0.10%和0.10%~0.15%;监测束管CO平均浓度由原来的4.2×10^-6降低到1.8×10^-6,O₂浓度由原来的18.5%降低到11.5%,压注液态CO₂能有效杜绝采空区煤炭自燃;回风隅角未再出现瓦斯超限现象,上隅角对应采空区氧气浓度不高于5%,应用效果良好。     

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。     

色连煤矿煤自燃标志气体试验研究

为有效预测色连煤矿8109工作面采空区自燃状况,指导煤矿采取针对性防灭火措施,需确定煤自然发火标志性气体.通过对煤样进行程序升温试验方法,研究煤的低温氧化特性并对煤自燃预测指标进行了优选.结果 表明:煤低温氧化过程中活性较大,常温下就可以生成CO,干裂温度在100～110℃之间.使用格雷哈姆系数R2、R3区分化学吸附阶...     

发耳煤矿近距离煤层自燃预测指标研究

为了提高发耳煤矿近距离煤层自燃预测的准确性,对发耳煤矿6个主采煤层的煤样进行程序升温实验,分别得到低温氧化阶段的临界温度、干裂温度和CO、C₂H₄等气体产生规律。通过分析煤样的耗氧速率、放热强度、气体比值与温度之间的对应关系,建立了发耳煤矿近距离煤层自燃预测及分级预警指标。结果表明:1煤层和3煤层的氧化性最强,7煤层的氧化性相对较弱。在低温氧化阶段,CO生成量随温度的升高显著增加,在110℃~120℃时开始产生C₂H₄,耗氧速率、CO产生率、CO₂产生率在70℃~80℃和130℃~140℃范围内出现2次明显的突变。通过对比、和气体比值进行分析,能消除实验条件的误差,提高近距离煤层自燃预测的准确性和灵敏度。     

基于大尺寸隔热氧化试验的银洞沟煤矿110201工作面煤自燃特性研究

为了准确研究银洞沟煤矿2^#煤层110201工作面煤自燃特性,采用大尺度煤隔热氧化装置模拟煤自然发火过程中煤体温度变化,确定煤层最短发火期,研究煤氧化过程中的耗氧率、气体产生规律,最终确定该煤层临界温度和标志性气体。结果表明:2^#煤层煤最短发火期为37 d;煤自热氧化分为2个阶段,煤体温度缓慢上升阶段和煤氧化加速阶段,在第2阶段,O₂消耗率、CO生成速率加快,并出现C2H4,从而确定该工作面临界温度为101.6℃,C₂H₄为主要标志气体,CO相对量变化趋势为辅助标志指标。通过大尺度煤隔热氧化实验优选的临界值和标志气体能更加准确地反应煤的自然发火和产气规律,对煤自燃的早期预测预报更加准确。     

SF6示踪气体在近距离煤层群工作面漏风检测中的应用

近距离煤层群是指在开采本煤层时对邻近煤层有明显采动影响的煤层群。以许疃煤矿7₂28回采工作面为例,上覆存在7₁煤层采空区,在煤层采动影响下形成多种漏风通道,漏风形式复杂,严重影响矿井的安全生产。利用SF6示踪气体连续定量释放法对7₂28工作面及回风巷漏风量规律进行定量研究,在0~150 m（距下隅角距离）范围内工作面主要向采空区漏风,在150 m后采空区向工作面漏风,整体漏风量为93 m³/min,漏风率为4.7%。回风巷在煤层间距薄弱处,存在明显向上覆采空区漏风现象,漏风量为37 m³/min,漏风率为1.9%。通过测试掌握了工作面及巷道漏风规律,针对性地提出预防措施,为该工作面的安全生产提供了保障。     

平朔矿区煤自然发火指标气体选择的试验研究

以平朔矿区4个煤层煤样为研究对象,利用程序升温试验重点研究CO、C2H4、H2气体在煤氧化自燃过程中的变化规律,同时也对同一矿井的不同煤层、同一煤层不同矿井的气体变化规律进行了对比分析。试验结果表明：平朔煤产生c0的临界温度为60—70℃,C2H4出现的温度为120℃左右,H2生成的临界温度为90℃,且生成量随煤温的上升呈先增大后减小的变化趋势。因此,平朔矿区检测煤炭自燃的标志气体应以CO和C2H4为主、H2为辅。     

保德煤矿81305综放工作面煤的自燃特性及防治技术研究

为了解和掌握保德煤矿8号煤层自然发火规律,以81305综放工作面为研究对象,进行煤样升温氧化实验,得出8号煤层自燃指标性气体为CO、C2H4。通过现场实测采空区气体变化规律结合数值模拟,得出81305工作面采空区自燃氧化带的范围为:进风侧200~350 m;工作面中部220~400 m;回风侧100~220 m。计算出预防采空区自燃的工作面最安全的推进速度为61.71 m/月。并提出了保德煤矿8号煤层不同开采时期采空区自然发火防治措施。