正益煤业11-104采空区自燃"三带"分布及防灭火技术研究

为防止正益煤业11-104工作面采空区出现遗煤自燃现象,采用Fluent数值模拟软件进行工作面初采和正常回采期间自燃三带分布规律的分析,基于分析结果得出氧化自燃带的范围分别为:初采期间采空区进风侧和回风侧距工作面140～360 m和60～237 m,正常回采期间采空区进风侧和回风侧距工作面160～410 m和90～ 235m.基于采空区特征及自燃"三带"分布规律,设计防灭火方案为采空区密闭+埋管注浆+采空区注氮,并在防灭火方案实施后进行束管监测.结果 表明,防灭火方案实施后,采空区内CO最大浓度低于80 ppm,无自燃现象出现,保障了工作面的安全回采.     

31102采面采空区自燃"三带"实测结果分析

为有效分析31102采空区自燃"三带"的分布规律,根据31102工作面及采空区的具体特征,采用现场采空区埋管抽气的方式进行采空区内指标气体的监测;根据监测结果,对采空区内高温危险区域进行分析,并根据采空区自燃"三带"的划分方法进行"三带"划分。结果表明:31102工作面采空区进风侧散热带为20 m,氧化带为20～108 m,窒息带为108 m;回风侧采空区散热带为20 m,氧化带范围为20～84 m,窒息带为84 m。     

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。     

柴里煤矿综采工作面采空区遗煤自燃“三带”分布规律研究

以柴里煤矿3606综采工作面为研究背景，利用束管监测系统对采空区气体进行实时监测与分析，确定了3606综采作业面采空区二维平面氧化带范围；根据工作现场的实际情况构建等比例物理模型，并通过CFD算法对采空区氧气体积分数分布情况进行了数值模拟，得出了3606综采工作面采空区三维空间自燃“三带”的分布规律：进风巷侧氧化带范围为采空区深度26～52 m,采空区中部氧化带范围为采空区深度17～30 m,回风巷侧氧化带范围为采空区深度18～44 m。研究结果为采空区自然发火防治工作提供了技术支持。     

急倾斜薄煤层采空区煤自燃和瓦斯爆炸危险区域分布特征

为提高急倾斜煤层伪斜开采条件下瓦斯与煤自燃综合防治效果,基于煤自燃"三带"划分标准和瓦斯爆炸三角形,建立采空区自燃"三带"分布的数学模型,利用COMSOL Multiphysics5.2模拟软件,对东林煤矿3409工作面采空区孔隙率、气体浓度、温度等参数进行模拟分析。结果表明:采空区上部孔隙率较大,下部除回风巷道边缘处较大外,其他区域孔隙率相对较低;氧气浓度结合漏风速度共同划分氧化带范围为:在进风侧氧化带宽23.2 m,在回风侧宽37.6 m,高温区域主要集中在回风侧、采空区的下部距离工作面较近区域;采空区上部瓦斯浓度相对较低,下部瓦斯浓度相对较高;瓦斯爆炸危险区域为中间工作面支架处区域范围为爆炸危险区域。     

寺河煤矿二号井97306工作面采空区防灭火综合治理技术研究与实践

为有效防止97306工作面采空区出现遗煤自燃现象,采用现场实测进行采空区自燃“三带”分布规律分析,基于分析确定采空区进风侧和回风侧氧化自燃带的范围分别为115.63~378.52 m和81.26~325.67 m,结合工作面地质条件和煤层赋存特征,设计采空区防灭火方案为监测监控+汽化阻雾+封闭注氮相结合,并在防灭火方案实施后进行采空区气体的监测分析。结果表明:采空区防灭火方案实施后,采空区内CO和O 2含量均处于正常水平,为工作面的安全回采提供了保障。     

佳瑞煤矿15101工作面采空区综合防灭火技术研究

为防止15101工作面采空区出现遗煤自燃现象,采用现场测试的方式对采空区自燃“三带”的分布规律进行分析,根据分析结果得出采空区进风侧和回风侧氧化升温带分别为23～57 m和15～45 m,基于采空区自燃“三带”的分布规律,设计采空区防灭火采用上下隅角堆垛封堵+采空区注氮+采空区注胶的防灭火方案,并在防灭火方案实施后对采空区进行束管监测。结果表明:采空区防灭火措施实施后,采空区内的CO浓度最大值未超过80×10-6,采空区无自燃现象出现,为工作面的安全回采提供了保障。     

基于现场测试及模拟的采空区危险区域判定

针对安家岭三号井39107工作面采空区自然发火问题,采用了现场监测与数值模拟相结合的方式对其进行区域危险性判定。依据氧浓度法划分自燃"三带"标准,束管监测数据与数值模拟结果总体保持一致。综合判断39107工作面采空区自燃危险区域范围为:进风侧52~143 m,回风侧25~128 m。     

基于CFD的小回沟煤矿采空区自燃带分布研究

以CFD模型为基础,利用Fluent软件平台对小回沟2201工作面采空区自燃带分布进行模拟分析。模拟结果表明:小回沟煤矿2201工作面在正常通风量条件下,进风侧采空区自燃带危险区域范围为56~180 m,回风侧采空区自燃带危险区域范围为26~140 m;采空区自燃带深部转移速度、自燃带宽度均随着工作面通风量的增加呈指数函数增大;工作面回采期间在保证安全需风量的情况下,尽量减少工作面的配风量,进而减小自燃带的宽度,有利于采空区防灭火工作。     

小青煤矿采空区煤自燃危险区域分析

为了高效防治小青煤矿E1404工作面采空区煤炭自然发火,根据漏风风速和氧气浓度2种划分方法对采空区自然发火"三带"范围进行了数值模拟分析,得出E1404工作面采空区散热带为0～17.5 m,氧化自燃带为17.5～140 m,窒息带为大于140 m。进而在氧化自燃带范围内沿着工作面倾斜方向布置了3个高温点(靠近进风巷、工作面中间、靠近回风巷),采用COMSOL Multiphysics软件对温度场进行数值模拟,得出当高温区域越靠近进风巷时,采空区内的整体温度要大于靠近回风巷。基于采空区煤自燃危险区域分析结果,提出了上下隅角堵漏风和采空区注氮2种防灭火措施。     

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。     

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。     

采空区氧化自燃带宽度与工作面推进速度关系的数值模拟

基于采空区渗流方程和多孔介质动量方程,应用FLUENT软件模拟了采空区漏风风速变化情况,结合采空区自燃"三带"划分标准,得出采空区氧化自燃带宽度与工作面推进速度的关系:随着工作面推进速度提高,进风侧、回风侧、工作面中部氧化自燃带与工作面距离都将增大;工作面中部氧化自燃带与工作面距离增幅较大,进风侧、回风侧氧化自燃带与工作面距离增幅较小。     

大倾角综放面采空区自燃“三带”分布规律研究

为研究大倾角综放工作面采空区自燃"三带"分布规律,首先建立了采空区流场的数学物理模型,然后利用Fluent对采空区自燃"三带"分布进行了模拟,并分析了不同风量对采空区自燃"三带"范围的影响。结果表明:采空区自燃"三带"具有三维空间分布特性;进、回风侧氧气浓度下降趋势不同,且进风侧自燃危险区域靠近采空区中后部,回风侧自燃危险区域紧靠工作面上隅角;单一改变风量大小对氧化带宽度的变化影响较小。     

缓斜煤层下行通风采空区自燃危险区域预测模型

为分析不同自燃特性缓倾斜煤层工作面下行通风时采空区内具有自燃危险可能的区域的分布特征，建立了倾斜采空区的渗流模型，依据该模型利用CFD仿真得到了不同火源时（模拟采空区遗煤不同的自燃性强弱）下行通风采空区内氧气和温度场的分布特征；结合保德煤矿81309工作面现场观测的采空区不同区域的O2体积分数的数据对仿真结果进行验证。结果表明：随着设置的热源强度（采空区遗煤自燃倾向性）的提高，采空区火风压作用增强，下行通风时的采空区内进、回风侧氧化带宽度差值在逐渐减小。实测得出的进、回风侧及工作面中部对应的采空区内窒息带临界位置分别距工作面200、290、175 m，与火源功率65 W/m2时的仿真结果较为吻合，表明所建立的模型较为准确，可用于倾斜易自燃煤层工作面自燃分布的研究。     

辛置矿综采工作面采空区自燃“三带”分布研究

为了研究辛置煤矿2-109综采工作面采空区自燃“三带”分布范围,采用采空区埋管的方式对工作面正常推采期间采空区内温度和O2浓度的变化规律进行监测,得到了采空区进风侧、中部(靠进风侧)、中部(靠回风侧)、回风侧的范围,为矿井制定采空区防火措施做好基础。     

煤峪口矿8605工作面采空区防灭火技术研究与应用

为防止8605工作面采空区出现遗煤自燃现象,根据工作面地质条件,通过现场实测的方式进行采空区自燃“三带”分布规律的分析,确定采空区进风侧、中部和回风侧氧化升温带的范围分别为150~405 m、160~310 m和75~345 m。结合采空区自燃“三带”分布规律,设计采空区采用采空区封闭隔离+埋管注浆+采空区注氮惰化相结合的防灭火方案,并在方案实施后进行采空区内CO和O₂浓度监测分析。结果表明:防灭火方案实施后,采空区内CO和O₂浓度均在合理范围内,解决了采空区遗煤易自燃的问题。     

近距离煤层下分层采空区煤自燃危险区域分布规律

针对新维煤矿8104综采工作面开采煤层含硫量较高且局部富集、采空区遗煤多、距离上层采空区近等客观情况,研究了其采空区煤自燃危险区域分布规律。实施过程中,采用束管监测系统实时测试采空区气体场分布,在此基础上以O2浓度变化作为主要标志、温度变化为辅助标志划分了8104综采工作面采空区的"三带"范围,并采用数值模拟方式与现场实测结果进行了对比分析,结果表明实测与数值模拟结果基本一致。最终确定了该综采工作面采空区自燃带范围:进风侧为40.5~95.5 m,回风侧为15.3~59.7 m。     

大采高综采工作面采空区煤自燃危险区域研究与判定

大采高工作面由于围岩压力大、回采速度慢和漏风量大等特点造成煤自燃火灾防治难度较大。因此，采用数值模拟和现场观测相结合的方式研究了梅花井232204大采高工作面煤自燃危险区域分布特征。结果表明：采空区漏风风流从进风巷向回风巷方向渗流，造成氧气浓度在进风侧比较高，且高氧气浓度的范围大，在回风侧氧气浓度相对较低，高氧气浓度的范围也显著缩小。随埋入采空区距离增大氧气浓度逐渐降低，进回风侧氧气浓度分别在105 m和80 m降低到8%。综合判定得到232204工作面采空区的氧化升温带范围在进风区域和回风区域分别为40～105 m和28～80 m。研究结果可为大采高综采工作面采空区防灭火工作提供指导。     

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.