孤岛综放面煤巷高冒区浮煤自燃防治技术研究

阐述了高冒区浮煤的特征、巷道风流的漏风供氧及浮煤自燃微循环氧化机理,结合孤岛综放面煤巷高冒区发火实际情况,分析了MEA高分子阻化泡沫技术防治高冒区浮煤自燃的应用效果.实践表明,在治理高冒区浮煤自燃时,应用MEA泡沫防灭火技术是可行的.     

基于传热分析的巷道高冒区遗煤自燃防治技术

在分析高冒区遣煤分布状态基础上,以传热理论为基础,分析了高冒区遗煤自燃原因及可能发生自燃的重点区域.结合某矿11111巷道高冒区情况,应用FLUENT软件对其温度场进行了数值模拟计算,获得了高冒区内部温度分布规律.结果表明:高冒区遗煤自燃是其内部传热和散热的平衡;在高冒区中下部热量容易积聚,遣煤自燃可能性较大.基于无机发泡灭火材料的灭火方法能有效防治高冒区内浮煤自燃.     

煤巷高冒区自然发火机理及防治技术

高冒区遗煤自燃是煤矿自然发火的重要隐患之一,严重威胁着井下的安全生产。针对煤巷高冒区遗煤自然发火,以浮煤赋存状态为基础,分析了高冒区立体遗煤的传热、传质运动的过程,得出其自燃的主要位置及诱因,并从水溶性复合胶体充填材料特性出发,分析了遗煤自燃关键防治技术。结合X10901-3工作面巷道高冒区遗煤自燃的实际情况,提出应用三相泡沫立体消高温与水溶性复合胶体充填堵漏相结合的综合防治技术。实践表明,该技术能够快速、有效地防控高冒区的遗煤自燃。     

强矿压厚煤层巷道高冒自然发火分析治理

针对胡家河矿综放工作面在冲击矿压条件下掘进巷道的高冒区遗煤自燃问题,以402103工作面为例,深入分析冲击矿压造成巷道高冒区的成因,对冲击矿压引发高冒区遗煤自然发火的原因展开分析,得出冲击矿压与巷道高冒区遗煤自然发火的关系。采用新型普瑞特防灭火材料,利用高抽巷向回风巷高冒区打设注浆钻孔进行治理,起到了很好的充填、灭火效果,为该矿及其他矿区巷道高冒区煤自燃治理提供参考。     

松软巨厚煤层高冒区自然发火原因及防治技术

从煤炭自然发火所必须的4个要素出发,分析了松软巨厚煤层高冒区自然发火的原因,详细阐述了高冒区浮煤产生的原因和巷道风流的热风压以及巷道起伏引起风流的动压差对漏风的影响,针对耿村煤矿12190下巷火区的特点提出了应用三相泡沫新技术防治高冒火区的新观点,并制定了工艺实施方案和技术参数,分析了应用效果。实践证明三相泡沫防灭火技术能够有效的扑灭并防治高冒区的煤炭自燃,为松软煤层高冒火区的治理提供了新的途径。     

综合防灭火技术在巷道高冒区火灾中的应用

为了治理玉舍煤矿1260运输巷高冒区发生的自燃火灾,在分析巷道高冒区煤层自燃原因的基础上,采用喷浆技术阻止空气向高冒区内部渗透、高冒区孔洞内注水及高温煤体内注水技术控制火灾蔓延、注浆覆盖高温煤体,使得CO等自燃标志性气体浓度降低至8×10~(-6)以下并维持稳定。实践证明:采用喷浆、注水、注浆相结合的综合灭火技术能有效处理巷道高冒区煤体自然发火问题,为煤矿安全提供了保障。     

锚梁网支护巷道自燃发火的防治

综采放顶煤工作面巷道施工大部分是跟煤层底板掘进,这给防治煤炭自燃带来了难度,通过分析7409运输巷和东四西运输巷掘进工作面高冒的产生、自燃发火隐患的处理,总结了锚梁网支护巷道自燃发火的防治技术和深刻教训.     

综放工作面错层位巷道布置系统在镇城底矿的应用研究

针对镇城底矿8#煤层的生产地质条件,提出了在轻型支架低位放顶煤工作面采用错层位巷道布置系统。介绍了综放工作面巷道内错式布置方案、综放回采工艺及特点。实践证明,巷道内错式布置使巷道处于免压区,避免了托顶煤掘进,护巷效果好,减少了区段煤柱损失,提高了采区回收率,同时有效解决了一般放顶煤工作面存在的巷道高冒区易自燃问题;经济效益明显。     

兖州矿区巷道自燃危险区域等级划分及防火对策

根据兖州矿区无煤柱综放面开采的实际条件,对综放面巷道煤体的破碎类型进行定义和描述;然后根据巷道自燃危险区域划分指标和条件,将各种类型的巷道破碎煤体划分为极易自燃、易自燃和可能自燃区域;最后分别针对不同自燃危险程度的巷道区域,提出相应防火处理原则,并对巷道高冒区及破碎煤柱等几种典型的巷道自燃危险区域,提出了具体的防火技术对策,从而为科学有效的巷道防火决策,提供依据。     

基于弹性理论的煤帮极限平衡区宽度确定方法探讨

回采巷道开挖后,其围岩应力重新分布,两侧煤体在上方集中应力的作用下产生变形后形成极限平衡区,其理论宽度是合理确定巷道煤帮支护方案及其参数的重要依据,目前,计算煤帮极限平衡区的主要方法有:利用松散介质平衡理论建立煤帮应力平衡微分方程来求解极限平衡区宽度;或考虑工程扰动程度和煤体地质强度,运用非线性摩尔-库伦准则建立极限平衡区宽度方程。本文在总结现有研究成果的基础上,建立了回采巷道煤帮在高支承压力作用下体的力学计算模型,运用弹性力学理论分析了帮部任一点煤体的应力应变分量。基于弹塑性界面煤体在峰值支承压力发生片帮的柱条模型,确定该界面上发生最大水平拉应变的单元煤体位于距离底板0.65倍巷道高度处,进而提出了该单元煤体极限拉应变与煤帮极限平衡区及其破裂区宽度的理论计算公式。分析表明,煤帮极限平衡区宽度不仅取决于煤体的极限拉应变、泊松比及弹性模量,而且与原岩应力大小及巷道开挖后发生重分布的最大支承压力及煤帮弹性区宽度密切相关。具体表现为煤帮极限平衡区宽度随巷道埋深增大而不断增加,但随煤体弹性模量及其极限拉应变的增加却快速减小。在此基础上,利用所提出的理论公式计算了百良矿14501工作面运输巷350～400 m区段的煤帮极限平衡区和破裂区宽度,进而优化了巷道帮部锚杆支护参数,取得了良好的支护效果。结果表明,上述研究成果能够较好地进行深埋煤层巷道煤帮极限平衡区的预测分析。     

高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理研究

为解决高瓦斯易自燃煤层安全生产过程中的关键难题,结合阳泉矿区石港矿实际情况,利用实验室试验、理论分析和现场实测相结合的方法对高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理进行研究。结果表明:高瓦斯易自燃煤体在含瓦斯风流不同瓦斯体积分数条件下,氧化产物总体上呈现"滞缓效应",而在等温条件下,随着CH4体积分数的增加煤自燃氧化产物总体上呈现"抑制效应";立体抽采条件下采空区漏风使得自燃"三带"范围变宽,同时利用高抽巷和尾巷CO体积分数可进行采空区自然发火预测,将自然发火划分为两个阶段;高瓦斯易自燃采空区立体抽采条件下散热带可采用氧气氮气体积比等于0.221来进行划分,自燃带仍可采用氧气体积分数5%来进行划分。     

放顶煤采空区瓦斯源强度与自燃的关联性

研究了采空区瓦斯涌出与遗留煤自燃之间的内在耦合关联问题。通过运用G3软件对采空区非线性渗流-多组分气体-温度场和非均匀耗氧的数值模型的求解,量化给出采空区不同瓦斯涌出强度下各变量分布状态。计算结果表明：采空区瓦斯源涌出与工作面风压形成压力平衡,决定着工作面与采空区之间的风流交换和瓦斯涌出,影响变化近似呈一一对应的线性关系。瓦斯涌出强度越大,采空区氧浓度分布空间大大缩小,采空区自燃氧化带宽度与瓦斯涌出近似呈衰减变化。从自燃升温过程模拟得到,高强度瓦斯涌出能够抑制采空区自燃升温,延长了采空区自然发火期。模拟结果符合现场实际情况。研究指出高瓦斯易自燃矿井采空区瓦斯治理应与自燃防治相结合综合考虑。     

浅埋深综放工作面采空区自燃危险区域判定

根据安家岭一号井工矿4106工作面的实际情况,采用现场实测与数值模拟相结合的方法对该浅埋深综放工作面采空区自燃危险区域进行了研究,以采空区松散煤体气流微循环非线性渗流模型、采空区松散煤体温度分布数学模型和采空区松散煤体内氧气迁移模型为基础,建立了基于FLUENT的采空区氧浓度分布三维数学模型,模拟结果与现场实测数据基本吻合,为准确划定浅埋深综放工作面采空区自燃危险区域提供了新的技术手段。最后,根据采空区自燃危险区域范围确定了上隅角预埋管灌注三相泡沫与下隅角预埋管注氮气交替实施的防灭火工艺,实施效果良好。     

Experimental simulation and numerical analysis of coal spontaneous combustion process at low temperature

The characteristic of coal spontaneous, combustion includes oxidative property and exothermic capacity. It can really simulate the process of coal spontaneous combustion to use the large-scale experimental unit loading coal ! 000 kg. According to the field change of gas concentration and coal temperature determined through experiment of coal self-ignite at low temperature stage, and on the basis of hydromechanics and heat-transfer theory, some parameters can be calculated at different low temperature stage, such as, oxygen consumption rate, heat liberation intensity. It offers a theoretic criterion for quantitatively analyzing characteristic of coal self-ignite and forecasting coal spontaneous combustion. According to coal exothermic capability and its thermal storage surroundings, thermal equilibrium is applied to deduce the computational method of limit parameter of coal self-ignite. It offers a quantitative theoretic criterion for coal self-ignite forecasting and preventing. According to the measurement and test of spontaneous combustion of Haibei coal, some token parameter of Haibei coal,spontaneous combustion is quantitatively analyzed, such as, spontaneous combustion period of coal, critical temperature, oxygen consumption rate, heat liberation intensity, and limit parameter of coal self-ignite.     

煤自燃影响因素权重的灰色关联度分析

基于灰色关联理论,建立了斜率关联度改进模型,以70℃作为煤自燃实验过程高低温段的分界点,定量研究了不同煤种自燃实验高温段和低温段各影响因素与煤耗氧速率之间的关联度,并以此作为衡量各因素对煤自燃影响的指标。结果表明:在高温段,挥发分和孔隙率是煤自燃最主要的影响因素;在低温段,氧浓度的影响最大,水分和灰分的影响最小。     

综放沿空巷周围煤体自燃升温过程的数值模拟

用有限元数值模拟方法，对综放沿采空区侧巷道周围煤体内的漏风流态、氧气消耗及温度升高进行了研究，联立求解了流场中的漏风渗流方程、氧浓度渗流-扩散-消耗方程和传热方程．重点描述了沿空煤柱内的自燃特征和升温过程，得到自然发火期与煤耗氧速度呈反比例关系，而对漏风强度影响不大；漏风强度增大只能使煤体内高温区范围扩大，相对提高自然发火几率。     

特厚煤层自燃关键参数现场观测及动态数值模拟研究

根据特厚煤层采空区内遗煤的分布规律,优化布置气体监测测点,根据现场观测结果分析O2分布规律。根据试验工作面物理模型简化得到数值模拟的计算模型,进行了不同工况条件下采空区自然发火动态数值计算,研究了影响煤自然发火至关重要的关键参数,包括煤自燃危险区域内气体随着时间变化的渗流速度分布及O2浓度分布情况、高温火源点变化趋势,以及防止煤自然发火的工作面最小回采速度等。     

不连沟煤矿特厚煤层综放面采空区自燃“三带”分布规律

 为有效防治采空区自燃,对不连沟煤矿特厚煤层6103综放工作面采空区自燃“三带”进行研究,建立了采空区气体渗流场模型,采用FLUENT软件对采空区氧浓度进行了数值模拟,总结采空区氧气浓度的分布规律。在此基础上,分析了散热带、氧化带的分布呈现不对称性及进风侧氧化带往采空区深部转移的原因;并结合现场实测,应用MIN-MAX优化理论对采空区自燃“三带”进行划分,得出能够抑制采空区自燃发火的最小安全推进速度,为该矿采空区防灭火工作提供了理论依据。     

地温在煤自燃过程中的作用分析

通过分析煤体氧化放热性、自燃蓄热条件和供氧条件与地温的关系,推导出煤温与耗氧速度和放热强度的关系式以及热风压和升温必要条件的表达式,同时在煤自燃发火实验台上进行了试验研究,研究结果表明, 温的作用,增强了煤体自身的氧化放热性能,同时改善了自燃的蓄热条件和供氧条件,增大了煤体的自燃危险性。     

基于封闭耗氧实验的窒熄带氧临界体积分数研究

为更准确划分采空区自燃带与窒熄带,提出根据不同煤质的耗氧特点,用封闭耗氧实验确定采空区窒熄带临界氧气体积分数的新方法。在采空区煤自燃氧化升温热平衡条件下,分析煤自燃的耗氧速度、氧气体积分数和氧化放热的一致性特征,利用研制的煤样封闭耗氧实验装置,采集煤氧化实验过程中氧气体积分数呈衰减变化的连续检测数据,由数据变化曲线求氧气体积分数变化差商,获得煤在不同氧气体积分数下的耗氧速度,建立耗氧速度与氧气体积分数的量化关系,即γ-c(τ)图,由此确定窒熄临界氧气体积分数。分别对不同煤样做实验测定,得出长平矿3号煤层(无烟煤)窒熄带临界氧气体积分数为14.2%,九道岭矿4号煤层(烟煤)的窒熄带临界氧气体积分数为6.8%,晓南矿7号煤层烟煤的窒熄带临界氧气体积分数为8.2%。新方法按不同的煤种和煤质,依据各自不同的耗氧特性,来确定自燃带与窒熄带的划界标准,且与工程实际相符合。