采空区煤自燃实验分析及其数值模拟

在煤自然发火机理、渗流力学、自然发火预测、自燃危险区域判定理论的基础上,建立了采空区自燃模拟实验装置,并采用CFD数值模拟方法用相似原理研制了不规则介质采场相似模拟模型,得出了采空区的气体流动规律并通过模拟验证了实验结果采空区自然发火位置预测的可靠性。结果表明了采空区温度场的分布规律,以此判断采空区发火位置。     

近距离煤层开采上覆采空区气体分布规律

为了研究近距离煤层开采上覆采空区气体分布规律,确定上覆采空区自然发火危险区域,运用多孔介质渗流理论建立近距离煤层开采上覆采空区三维数学模型;对上覆及下覆采空区孔隙结构及孔隙率进行研究,利用Fluent软件对上覆采空区气体分布规律进行数值模拟.研究结果表明,上覆采空区在采煤工作面上部水平方向30 m范围内氧气浓度和瓦斯浓度超限,存在自然发火危险性.     

综放工作面采空区自然发火数值模拟研究

为研究阳煤五矿综放工作面采空区停采状态下的自然发火规律,建立相关的数学模型,对自然发火工作面采空区进行数值模拟,得到了采空区各场的分布规律。模拟结果显示,自然发火工作面采空区压力场在进风侧最大,沿工作面长度逐渐减小;高氧浓度区域主要集中在工作面的进风段,沿着采空区深度逐渐减小;气体温度在回风侧进入采空区深部处为高温区域,工作面采空区自然发火的可能性最高。     

易自燃煤层采空区瓦斯与氧气耦合 致灾效应分析

针对"U"型通风易自然煤层开采条件下,采空区漏风使氧气与瓦斯混合具有爆炸危险性的问题,通过在采空区埋入甲烷及温度传感器进行观测,利用Fluent方法对采空区瓦斯分布规律进行模拟计算,分析瓦斯在自然发火危险区域中燃烧的可能性,对采空区内瓦斯与氧气相互达到爆炸危险的耦合区域进行危险判定分析,为现场瓦斯治理提供依据。     

Y型通风下采空区瓦斯与自然发火耦合危险区域划分研究

为了准确划分Y型通风下采空区瓦斯与自然发火耦合灾害的范围,防止瓦斯与自然发火灾害事故的发生,以青龙煤矿21606工作面为例,建立了Y型通风下采空区的数值模型,利用COMSOL软件对采空区流场、瓦斯浓度场进行了数值模拟,以采空区漏风流场和瓦斯浓度场分布为依据,对瓦斯与自然发火耦合灾害的区域进行了划分,并通过SF_6示踪实验对模拟结果进行了验证。结果表明,采空区自然发火危险区域自回风侧向进风侧大体呈L型分布;瓦斯积聚区位于采空区深部、上隅角与通风立眼等处;耦合致灾区位于工作面后方20～70m以及通风立眼附近;通过对比分析,SF_6示踪实验的结果与数值模拟的结果基本一致,验证了数值模型的可靠性,为采空区瓦斯与自然发火耦合灾害区域的划分提供了技术支持。     

轻型放顶煤工作面采空区自燃危险区域划分

峰峰集团采用轻型放顶煤采煤工艺后,自然发火呈现上升趋势和新的特点。针对重点发火区域采空区进行了现场实验观测,结合FEMLAB流场模拟软件对采空区自燃危险区域及爆炸危险区域进行了判定和划分。     

二场叠加原理的采空区自然发火危险区判定研究北大核心

为有效解决综放工作面采空区自然发火的问题,采用CFD技术对采空区流场进行数值计算,以氧气体积分数及速度的叠加场作为采空区自然发火危险区域划分标准,分析了自然发火危险区与工作面供风量的关系,以及注氮和瓦斯抽采对自然发火危险区的影响。研究结果显示,随着工作面供风量增大,氧化带的形态并未发生改变,只是整体后移,但呈"L"形的自然发火危险区域面积增大,加大了发火危险;注氮后,自然发火危险区主要集中在靠近工作面运输巷位置,为一狭长区域;瓦斯抽采对自然发火危险区影响较大,随着抽采量增加,自然发火危险区域面积明显增大。     

基于神经网络的自然发火危险性评价与预测

对采空区煤炭自然发火进行了危险性评价,从自然发火条件入手,建立采空区自然发火事故模型,确定采空区发火现状危险等级为C级,较危险;利用采空区已有的自然发火预测指标建立BP神经网络的时间序列预测模型,对未来该采空区有无发火危险进行了预测,确定未来采空区发火可能性大小.结果表明:运用BP神经网络的时间序列预测模型对煤炭自然发火进行预测,采空区自然发火处于"有发火危险"程度,发火危险性较大,因此应做好采空区火灾预防工作.     

采空区漏风状况模拟及其分析

通过建立综放采空区三维自然发火预测模型,采用数值模拟软件对高瓦斯煤层抽放条件下综放采空区漏风状况进行了数值模拟,利用模拟结果对采空区进行了煤自燃"三带"的划分,并分析了该工作面采空区浮煤自燃的危险区域及危险程度,可用来指导具有类似情况的采空区浮煤自燃火灾的防治工作。     

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。     

抽放条件下采空区煤自燃危险区域判定

瓦斯抽放不仅会增大采空区漏风,引起"三带"迁移,加大采空区煤自燃危险性;而且会造成采空区的紊乱及瓦斯积聚,致使采空区遗煤自燃危险区域更加复杂。针对建北矿4204工作面高瓦斯赋存实际情况,通过现场观测,得出采空区浮煤厚度、氧浓度和漏风强度的分布规律,并结合煤自然发火特性参数对采空区进行危险性分析,划分了抽采条件下采空区"三带"范围,确定了采空区自燃危险区域及预防采空区遗煤自燃的工作面安全推进速度。     

复合采空区自燃“三带”范围确定方法

近距离和极近距离煤层开采后形成的复合采空区,其具有结构形态复杂,气体流场具有特殊性的特点,因此使得自然发火危险区域难以确定。以乌兰煤矿II020803工作面为试验工作面,首先利用UDEC数值模拟软件模拟了上覆岩层的运移情况,分析遗煤分布情况,然后通过在复合采空区中部和两煤巷侧布置3组纵向监测钻孔,每个钻孔布置3个测点,监测复合采空区内O2浓度随工作面推进的变化情况,确定复合采空区内自燃"三带"的范围,从而确定自然发火危险区域的范围。     

斜沟煤矿采空区煤自燃“三带”分布规律研究

基于斜沟煤矿18108综采放顶煤工作面的实际情况,利用FLAC3D软件对采空区松散度进行模拟,分析倾向、走向的垮落情况,计算得出采空区孔隙率分布规律,利用FLUENT软件模拟得出采空区气体流场分布规律,再经综合模拟分析,得到了斜沟煤矿采空区煤自燃"三带"分布规律,研究结果得到了现场验证。研究结果对于类似综采放顶煤工作面采空区自然发火防治工作具有指导意义。     

采空区自然发火“三带”规律研究

宣东矿煤层具有自然发火倾向,采空区容易发生自燃,制约着煤矿安全生产。以此为研究对象,采用现场实测和数值模拟的手段,对采空区的温度以及氧气浓度进行分析,得到采空区的自然发火规律。结果表明:进风侧可能自燃带的宽度大于回风侧,单纯地靠提高工作面的开采速度,是不能消除采空区自然发火危险的。     

采空区氧化中心数值模拟

为了分析采空区内部自然发火最危险区域,明确最危险区域的位置和危险程度,为工作面自然发火防治提供依据。以一个工作面为例,运用COMSOL计算软件进行了采空区氧化中心数值模拟。模拟结果表明,在采空区深度方向上CO浓度存在一个最大值,即氧化中心,工作面进风侧向工作面回风侧氧化中心距离逐渐减小。氧化中心浓度最大值位于工作面倾斜方向的中部,进风侧氧化中心浓度大于回风侧氧化中心浓度。     

孤岛工作面自燃“三带”区域指标气体分析研究

为保证南庄矿井孤岛工作面采空区自然发火防治工作做到安全、科学、有效,采用沿进风和回风顺槽埋管监测的方法,对采空区气体进行取样分析,定期监测采空区O_2、CO、CO_2、CH_4指标气体浓度,利用O_2浓度确定采空区自燃"三带"分布范围,并结合采空区遗煤自燃理论,分析采空区"三带"分布特征及指标气体浓度变化规律。结果表明,CO和(CO/CO_2)这两种指标分析能较准确地反映采空区自燃危险区域,通过监测其浓度能预测采空区自燃危险程度,对采空区自然发火作趋势预判,为孤岛工作面防灭火方案的制订提供科学依据。     

综放面采空区瓦斯抽放条件下氧浓度场的CFD模拟

为研究采空区瓦斯抽放条件下自然发火的规律,建立了瓦斯抽放条件下综放面采空区自然发火的CFD模型,采用计算流体动力学技术模拟了该条件下高瓦斯综放工作面采空区氧气浓度的分布,并采用现场实测数据对模型进行了校准和验证,利用模拟结果分析了采空区瓦斯抽放条件下,浮煤自然发火的规律,分析了采空区瓦斯抽放和防灭火之间的关系,提出了瓦斯抽放条件下的防灭火工作技术思路与关键技术。     

忻州窑矿8916综放面采空区自燃性预测

根据忻州窑矿８９１６综放面的采空区现场观测和煤样实验自然发火特性，确定采空区自然发火危险区域，并根据采空区自然发火动态模型，计算出８９１６工作面实际推进剂的采空区温度，氧气浓度分布状况及其随工作面移动的变化，计算结果与实际观测值基本吻合，用此法可随时预测采空区自然发火危险性。     

采空区裂隙发育区与自然发火区相关性研究

为了研究采空区自然发火区域,以汾西润泰井矿正明煤业有限公司0402工作面为研究对象,运用离散元数值模拟软件和采空区采动裂隙场为机理,建立采空区走向与倾向2个不同位置的模型,对煤层开挖后的岩层裂隙发育规律进行数值模拟研究,通过分析岩层离层率突出区域,得出导通氧气与采空区遗煤的接触通道的采空区裂隙发育区,最终确定采空区易自然发火区域位于自然堆积区内的上下区段平巷区域附近。     

综放工作面采空区“三带”分布规律分析

通过在阳湾沟煤矿6202综放工作面采空区现场埋管观测,取得了采空区内进、回风侧不同测点距工作面不同距离处温度、O2、CO气体浓度等参数,分析得到了采空区内O2浓度及漏风强度的分布规律。依据"三带"划分方法对阳湾沟煤矿自燃危险区域进行了划分,确定了6202综放工作面采空区"三带"范围,并根据氧化升温带宽度及浮煤最短自然发火期确定了工作面极限推进速度。