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。     

3#煤层自然发火标志气体及临界值确定

为做好综放工作面自然发火分级预警,以主采的3#煤层为研究对象,通过程序升温实验、现场测试及统计分析的方法,优选出煤层的自然发火标志气体和确定得到工作面采空区、回风隅角和回风流中CO指标临界值,并依此建立了工作面煤自然发火分级复合指标预警体系。结果表明:采空区、回风隅角和回风流中CO浓度临界值分别为242×10~(-6)、59.6×10~(-6)和20×10~(-6);各个区域建立绿(Ⅰ级)、蓝(Ⅱ级)、橙(Ⅲ级)和红(Ⅳ级)共4级预警响应。     

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。     

低变质易自燃煤层工作面CO治理新技术

针对低变质煤的自燃氧化特性,在分析低变质易自燃煤层工作面CO来源及分布运移规律的基础上,提出低变质易自燃煤层工作面CO治理技术思路,即从减少煤氧接触、减少煤分子上含氧官能团数量和控制煤体温度3个方面进行治理。根据治理思路,采用采空区冷氮降温惰化遗煤、架后喷洒CO复合抑制剂及全断面架后喷洒阻化剂措施来抑制采空区遗煤及架后区域破碎煤体产生CO。结果表明：工作面采取CO治理措施后,回风隅角、采空区及回风流CO浓度均有明显程度降低,回风隅角CO浓度由治理前平均42×10^-6降低至治理后的20×10^-6,采空区CO浓度由68×10^-6降低至32×10^-6。     

低变质煤CO来源及防控技术研究

为了研究低变质煤CO来源,降低煤层自然发火风险;以大南湖一矿3^#煤层为研究对象,通过程序升温实验、实验模拟及现场观测等手段,研究3^#煤层CO赋存、开采及割煤中CO产生规律及回风隅角CO来源占比等规律。结果表明：煤在无氧下粉碎,煤分子共价键断裂生成的大量官能团、自由基相互作用产生极少量CO;煤在有氧下粉碎,产生大量CO,随煤样比表面积增大,CO体积分数随之增加并最终趋于稳定;采煤机割煤中产生高温使煤体发生氧化产生CO体积分数为(30～50)×10^-6;回风隅角CO来源于采空区的CO体积分数占回风隅角CO总体积分数的28%,70%以上的CO来源于生产时期后溜破碎煤体氧化。根据低变质煤CO来源,采取了有针对性的架后喷洒CO复合抑制剂、采空区压注冷氮及漏风封堵等综合防控措施,使回风隅角及回风流CO体积分数大幅降低。     

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。     

双马煤矿4-1煤层自然发火标志气体及临界值研究

双马煤矿主采煤层具有自然发火期短、易自燃等特征,为确定合理的煤自然发火预测预报指标,以该矿主采的4-1煤层为研究对象,采用实验分析、现场测试和统计分析等方法,对4-1煤层自然发火标志气体及临界值进行了研究。根据4-1煤层煤样氧化实验与现场实际观测,优选出4-1煤层自然发火标志气体,确定了综采工作面上隅角CO体积分数安全管理值及自燃临界值。在此基础上,建立了煤层自然发火分级预警响应与防灭火技术管理体系。结果表明:CO、C2H4、C2H2、C3H8是双马煤矿4-1煤层自然发火标志性气体;Ⅰ0104105工作面上隅角CO体积分数安全管理值为60×10^-6,自燃临界值为430×10^-6;对应建立了煤层自然发火蓝色(Ⅰ级)、黄色(Ⅱ级)、橙色(Ⅲ级)、红色(Ⅳ级)4级预警响应体系。     

任家庄煤矿110902综采工作面CO标志气体临界值研究

为了更好地确定以CO为标志气体的煤自然发火标志气体临界值,以便于防治矿井火灾,以任家庄煤矿110902综采工作面作为试验工作面,通过煤升温氧化过程模拟实验,测定了110902综采工作面9#煤层在各个阶段的CO浓度临界值,并以此为基础,通过研究与计算,确定110902综采工作面各指标气体浓度临界值为:采空区CO10~6×10~(-6),回风流CO2×10~(-6),上隅角CO3×10~(-5),C_2H_4=0,C_2H_2=0。当各指标浓度高于该值时,可能发生矿井火灾。     

察哈素煤矿煤常温下氧化CO产生规律研究及控制技术

针对察哈素煤矿综采工作面正常回采期间上隅角频繁出现CO超限问题,通过选取察哈素主采的2号和3号煤层进行煤常温氧化实验,研究分析工作面CO来源及产生规律。通过实验得出工作面回采期间采空区内遗落的煤炭发生氧化产生的CO是工作面上隅角CO的主要来源,工作面采空区遗煤氧化产生的CO量与采空区漏风量及采空区内遗煤量等有直接关系。为此,针对性地提出了减少工作面采空区漏风、上隅角埋管抽放措施及加强CO气体监测监控的措施。现场应用结果表明,采取CO控制措施后,上隅角内的CO浓度处于15×10^-6～20×10^-6,回风巷内的CO浓度处于15×10^-6～25×10^-6,工作面回采期间未发生CO超限现象,为类似条件下综采工作面采空区CO治理及控制提供了参考,具有较大推广应用价值。     

采空区下综采面回风隅角CO来源及超限防治技术

针对浅埋近距离采空区下综采工作面回风隅角CO持续超限,干扰采空区遗煤自燃预测预报,影响工作面安全生产的问题。基于李家壕煤矿31115工作面生产技术条件为背景,研究了采空区下综采面回风隅角CO主要来源占比及超限防治技术。结果表明:31115工作面回风侧采空区及回风隅角CO浓度异常是由于上覆采空区气体下泄所致,其影响范围为100 m;工作面回风隅角CO主要来源为本煤层采空区遗煤氧化及上覆采空区气体下泄,占比为85%左右;工作面配风量控制在1 450～1 500 m³/min,并在回风隅角挂设导风帘,可有效减少采空区漏风,抑制遗煤自燃,防止回风隅角CO持续超限。     

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。     

老年褐煤综放工作面CO来源分析及治理技术研究

针对敏东一矿低变质老年褐煤低温氧化造成综放工作面回风隅角CO超限问题,通过分析I0116³00综放工作面回风隅角CO来源,提出了以有害气体抽采为主,以帷幕注氮、气幕稀释、喷洒阻化剂、均压通风等为辅的综合防治技术措施,并进行了现场应用。研究结果表明:I0116³00综放工作面回风隅角埋管进行CO等有害气体控制抽采,有效降低了隅角及回风CO浓度;采空区帷幕注氮,惰化遗煤氧化,可以有效抑制CO的生成量;局部均压通风和上隅角导风对抑制采空区CO涌出有较好的效果,工作面最佳配风量控制在1 350 m³/min左右并适当提高上隅角风压,有效减少了采空区CO涌出。通过现场应用,消除了I0116³00综放工作面回风隅角CO超限隐患,为回采工作面的安全生产提供了保障。     

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。     

综放工作面煤层自燃综合治理技术

为了解决佳新能源公司综放工作面自然发火防治问题,在对1501综放工作面自然发火危险性分析的基础上,对14和15号煤层的煤样进行了升温氧化试验,确定了一氧化碳和乙烯为该矿的煤层自燃指标气体;采用在采空区注氮CFD模拟、理论计算等方法,进行采空区注氮技术研究.试验结果表明:以注氮为主,工作面上下端头密闭编织袋堵漏、工作面架间喷洒阻化剂等为辅的综合防治技术措施,可以成功治理1501综放工作面采空区自然发火危险,使工作面回风巷的CO体积分数由原来的0.008 0%降到0.001 5%,上隅角CO体积分数由0.010 0%降到0.004 0%.     

预防越界采空区自然发火措施的效果分析

为解决矿山越界采空区自然发火问题,确定合适的预防措施,以青龙寺煤矿为例,通过分析贯通点各项气体浓度,研究了贯通点密闭、越界开采煤矿封闭和采空区地表裂缝回填等措施对越界采空区自然发火的预防效果。研究结果表明,通过分析3#密闭点、4#密闭点、5#密闭点、6#密闭点、7#密闭点及5-20104综采工作面回风隅角的各项气体浓度,可以得出5-20104综采工作面回风隅角、3#密闭点、7#密闭点各项气体指标正常,越界采空区内自然发火征兆未波及5-20104综采工作面与3#密闭点、7#密闭点;与越界采空区贯通的4#密封点、5#密封点、6#密闭点内,氧气浓度逐渐下降,氮气浓度缓慢上升,经过分析,判断为煤炭氧化耗氧及煤层中氮气溢出导致。分析认为,青龙寺煤矿制定的安全技术措施对预防越界采空区自然发火有积极作用,应继续按公司要求做好防控工作进一步加强管控,越界采空区自然发火预警状态可以由公司级调整为矿级。研究结果为煤矿贯通越界开采而导致越界采空区自然发火的防治提供一定的参考。     

张双楼煤矿回撤工作面自然发火预警标志气体及临界值确定

张双楼矿7201边界工作面总回撤时间超过煤层最短自然发火周期,为确定边界工作面煤自燃主控因素、煤层自然发火标志气体及其预警临界值,通过统计采空区遗煤分布、煤孔裂隙、围岩变形、含水率及采空区漏风等容易引起煤自燃的参数,得出工作面自燃的煤层孔裂隙发育及采空区漏风为主控因素;建立了煤升温氧化过程中标志性气体温度与浓度的关系,提出CO增加速率与烯烷比为辅助指标判断煤自燃的预警指标。研究发现煤温度80～90 ℃之间时煤体CO产生速率发生了突变,得出回撤工作面遗煤的临界自燃温度为80～90 ℃。     

综采工作面采空区遗煤自燃防治技术研究

为解决11_下301综采工作面采空区遗煤低温氧化导致的温度偏高、CO超标问题,通过分析采空区遗煤自然发火原因,制定防止遗煤自然发火的综合防治措施。实践结果证明,采取综合防治措施后,距离工作面100 m范围内的采空区未发生温度明显升高,煤层自燃标志性气体无明显增加,工作面及回风流CO浓度均在1×10^-5以下,综合防治措施效果显著,采空区遗煤自燃情况得到有效控制。     

受火区威胁易燃煤层回采工作面复合灾害治理研究

以五虎山煤矿011203工作面为工程实例,分析了011203工作面受上覆煤层火区、采空区自然发火及瓦斯涌出的影响,构建复合灾害治理模式,采取走向+倾向交错钻孔联合大面积区域抽采煤层瓦斯,井上填埋黄土及井上下注液氮,回风巷施工高位钻孔、采空区埋管抽采,以及均压通风等综合治理技术,应用结果表明,工作面回采期间上隅角瓦斯浓度不超过0.8%,回风巷瓦斯浓度不超过0.5%,上隅角和回风流CO体积分数均为0,复合灾害治理效果明显,保证了受火区威胁易燃近距离煤层群综放工作面的安全生产。     

浅埋近距离煤层群上覆采空区火灾及气体下泄防治研究

针对沙坪煤矿13103工作面浅埋近距离煤层上覆采空区煤层自燃和气体下泄问题,综合利用地面红外探测和同位素测氡等多种方法探测13103工作面上覆采空区自然发火状态,在此基础上用SF₆气体进行漏风通道测定,并采用数值模拟方法分析了CO气体的下泄机理。研究结果表明：煤层自燃倾向性、复杂埋藏条件和老窑火区是发生煤层自燃的主要原因,在标定12个火区中心点和39 077 m²隐患区域基础上,发现地面、采空区火区和工作面三者裂隙相互连接是导致CO气体在工作面后半部分涌入工作面并在回风隅角处聚集的主要原因。同时,研究发现,采用井上下联防联控手段可消除上覆采空区内高温点,使得CO气体浓度稳定在0.05%以下,有效控制了采空区自燃和气体下泄问题,保障了13103工作面安全生产。     

上湾煤矿22104工作面低氧原因及治理研究

针对上湾煤矿22104工作面回风隅角低氧问题,对低氧气体来源及涌出原因进行研究,分析地表大气压、温度变化对采空区气体涌出影响规律。结果表明22104工作面低氧原因是由于处于CO2～N2带煤层氮气含量较高,以及遗煤氧化消耗氧气导致采空区存在大量氮气,在采动影响下地表裂隙容易与采空区形成漏风通道,使得采空区内低氧气体向工作面回风侧运移,从而导致回风隅角的气体浓度异常。在对低氧涌出原因分析的基础上,采用均压通风技术平衡工作面与采空区之间的压差,以减少采空区向工作面的漏风和低氧气体的涌出,保持工作面氧气浓度处于正常水平,为工作面回风隅角低氧治理提供技术指导,实现矿井安全高效生产。