高瓦斯孤岛工作面采空区流场分布规律数值模拟及应用

为了研究高瓦斯煤层孤岛工作面采空区的流场分布规律,以天池矿15102孤岛工作面为对象,采用FLUENT数值模拟软件,对15102工作面采空区的风流场、氧浓度场、自燃三带以及瓦斯浓度场分布进行了模拟,并根据模拟结果进行了现场应用。结果表明:与孤岛工作面进风侧相邻的采空区局部存在自燃危险性,通过采用FR-1阻化泡沫灌注采空区,可有效预防15102孤岛工作面采空区浮煤自然发火,保证工作面的安全回采。     

浅埋深近距离煤层综采工作面自燃“三带”研究

通过对采空区现场监测、取样分析，得出进、回风侧氧浓度分布、温度等参数，依据自燃“三带”划分方法对浅埋深近距离煤层工作面采空区自燃“三带”进行了划分，确定了安全推进速度。同时基于COMSOL软件对采空区氧浓度与漏风分布进行了“三带”数值模拟，验证其可靠性。结果显示：由于“两道”漏风的存在，浅埋深工作面采空区进、回风侧自燃氧化升温带较宽。同时，通过对采空区自燃“三带”分布规律进行研究，分析了采空区氧浓度分布规律，掌握了浅埋深近距离煤层工作面采空区“三带”分布特征，对矿井防灭火工作具有重要的指导意义。     

近距离煤层群开采自燃危险区域划分及自燃预测

通过数值方法求解复合煤层采空区渗流、扩散和化学反应耦合的三维稳态数学模型,得到常温下采空区氧浓度及渗流速度场的分布.结合大型煤自然发火实验得到的煤自燃的下限氧浓度、上限漏风强度、极限浮煤厚度等参数及煤的实验自然发火期,划分出开采下部煤层时上部煤层煤柱及采空区自燃危险区域,再结合工作面推进速度,预测自然发火期.采用这种方法对东荣二矿采煤工作面顶部煤层煤柱进行自燃预测,得到进风侧的煤柱氧化升温区在距离工作面50~140 m处,回风侧在距离工作面50~85 m处,工作面推进速度大于1.6 m/d时,煤柱无自燃危险,工作面停止推进但正常通风38 d后,煤柱进风侧将首先发生自燃.     

近距离煤层回采巷道合理布置方案

针对木瓜煤矿近距离煤层采空区、遗留煤柱下回采工作面巷道布置的技术难题,基于岩层控制的关键层理论,采用UDEC计算机数值模拟的方法,对上煤层开采后采空区及遗留煤柱应力分布规律进行了分析,并通过理论计算的方法确定了下煤层工作面合理内错距离,优化了近距离下煤层回采巷道布置方案,解决了下煤层回采巷道布置、矿井接替紧张的难题。     

近距煤层回采巷道支护技术实践

针对木瓜煤矿近距离下煤层采空区及遗留煤柱下回采工作面巷道支护的难题．基于岩层控制的关键层理论,采用UDEC计算机数值模拟的方法．对上煤层开采后采空区及遗留煤柱应力分布规律进行了分析,优化了近距离煤层回采巷道的支护方案．解决了近距离煤层安全开采的难题。     

采空区及煤柱下回采巷道合理布置位置研究

针对多煤层开采上覆煤层后采空区及遗留煤柱引起底板应力变化,对寺河二号井94313综采工作面回采巷道位置进行相似模拟研究,分析上覆岩层变形破坏对下部煤层应力的影响,为下煤层回采巷道布置位置提供理论依据。结果表明:残留煤柱下9号煤层垂直应力呈单峰值分布,距离煤柱边缘30 m以外垂直应力趋于稳定。     

上覆煤层采空区遗留煤柱对8303工作面的影响研究

为研究上覆山4#煤层遗留煤柱对8303工作面的影响,通过煤柱向底板应力传递的理论分析得出遗留煤柱区域垂直应力峰值在煤柱中心线下方.采用数值模拟软件进行遗留煤柱对工作面影响特征的分析,结果表明:遗留煤柱两侧各20 m、实体煤边界60 m范围内应力有所增加,上层采空区边缘靠近实体煤侧30～35 m位置和采空区边缘前方180...     

基于FLUENT动网格的采空区氧气浓度场的数值模拟

为研究工作面回采条件下采空区氧气浓度场分布规律,建立了采空区3D几何模型及遗煤耗氧升温的控制方程组,利用FLUENT软件的动网格功能实现工作面回采,通过数值模拟手段进行研究。结果表明:按氧浓度划分采空区自燃"三带"时,自燃带随着工作面回采向前移动;回采速度一定时,自燃带宽度随时间变化很小,可近似认为保持不变,且进风巷侧自燃带宽度最大,倾向中央及回风巷侧自燃带宽度相差不大,自燃带近似呈"L"型。     

双系煤层开采覆岩运移及采空区煤自燃危险区域研究北大核心

针对大同矿区永定庄矿8106综采工作面采空区大量漏风的工程问题,采用数值模拟方法研究了双系煤层重叠采动岩层的运动破断形式和裂隙动态演化规律,分析了双系煤层多层采空区连通机制以及采空区煤自燃危险区域分布规律。结果表明:侏罗系煤层群采空区表现为顶板垮落、底板底鼓及煤柱附近底板剪断式破坏;石炭系3-5#煤层回采依次造成基本顶、下部关键层和上部关键层破断和垮落,上部关键层破断下沉后双系采空区发生连通并导致漏风,下部关键层破断周期为60 m;在上、下关键层之间形成的裂隙区横截面上,主要漏风通道分为动态裂隙和边缘裂隙;有外部漏风时采空区煤自燃危险区域主要分布在距工作面100~175 m之间,无外部漏风时,煤自燃危险区域相对面积减少且总体位置朝工作面方向前移约30 m。     

大倾角负煤柱综放面自燃危险区域判定技术

针对华丰煤矿1411工作面开采条件和工作面布置方式,分析了大倾角厚煤层负煤柱综放工作面的开采特点和煤自燃危险性。结合现场生产情况,制定了采空区"三带"的观测方案,测算出后部采空区氧浓度、遗煤厚度及漏风强度分布规律,判定了采空区自燃危险区域的范围,为该类煤层自燃防控技术措施的制定提供了依据。     

新维矿8102工作面自然发火防治技术

针对川南矿区近距离煤层群开采过程中面临的自然发火防治难题,以新维矿8#煤层首采工作面为例,通过8102工作面回采期间面临的自然发火危险因素分析,得出高位遗煤与采空区遗煤是自然发火的高危区域。提出以自然发火预测预报为先导,以堵漏控风、开区注氮和高位注浆为核心的综合防灭火技术措施,根本上降低了煤层自然发火概率。回采过程中工作面及采空区各地点CO浓度始终保持在20×10^-6以下,保障了工作面的安全回采。     

急倾斜特厚煤层综放工作面防灭火技术研究

神华新疆乌东煤矿+495 m水平B3+6工作面上部存在安宁渠小窑开采史,且B3+6煤层属Ⅰ类易自燃煤层,受井下工作面开采影响,地表裂隙发育、漏风严重。针对+495 m水平B3+6工作面存在的特殊开采条件,利用超前探测、超前注氮、架后埋管注氮、控风堵漏等综合防灭火技术措施,有效地防止安宁渠小窑开采区域、上覆老空区和本采空区遗煤自然发火,确保了该工作面安全回采。     

官地矿28412工作面采空区综合防灭火技术

针对官地矿28412工作面采用无煤柱开采技术,沿空留巷过程中采空区易漏风供氧,造成采空区遗煤自燃安全事故,采用了堵漏风、灌浆、"三位一体"预测预报等综合防灭火技术。综合防灭火技术的应用将工作面危险区域沿空侧CO浓度均控制在15 ppm以下,有效消除了采空区遗煤自燃事故的发生,为实现28412无煤柱工作面安全开采提供了保障。     

注氮对相邻采空区自燃“三带”影响模拟研究

相邻工作面开采会导致复杂的漏风情况,浮煤易自燃,增大防火工作的难度。为明确相邻采空区自燃“三带”分布特征及确定最佳注氮防灭火参数,以贵州某矿4244工作面为背景,结合现场实测,应用Fluent流场分析软件,模拟研究不同注氮方案下采空区氧气浓度场分布规律。结果表明,实测结果与模拟相吻合,验证了模拟的可靠性;当注氮位置为X=50 m,注氮流量为100 m3/h时,采空区进、回风巷侧氧化带宽度分别为7 m和38 m,能明显减少本采空区氧化带面积,且能防止氧化带距工作面太近;此工作面进风侧注氮对相邻采空区氧化带影响范围较小,这要求在回采过程中需要对煤柱进行加固,降低孔隙率,控制漏风,减少氧气进入相邻采空区,降低煤自燃风险。模拟结果为相邻采空区灾害防治工作提供了的理论指导。     

复合采空区遗煤自燃极限参数变化及危险区域判定

特厚煤层采用分层综放开采时,上分层遗煤易发生二次氧化,致使煤自燃预防和治理的难度加大。为了准确判定下沟矿ZF1801工作面上、下分层采空区遗煤自燃危险区域,通过程序升温实验分析4^#煤层煤的自燃极限参数,并根据气体监测数据判定采空区遗煤自燃危险区域。研究结果表明：4^#煤层煤的耗氧速率和放热强度随温度的变化均符合高斯型函数关系;随遗煤厚度的增加,下限氧气体积分数逐渐降低,而上限漏风强度逐渐升高;当遗煤厚度一定,温度达到90℃时二者的极限参数最低;遗煤自燃危险区域在ZF1801工作面下分层采空区回风侧20~125 m、宽105 m,在上分层回风巷、进风巷侧0~40 m、宽40 m;当ZF1801工作面推进速度低于2.34 m/d且停采28 d以上时,采空区存在自燃危险。研究结果可为下分层综放工作面末采期间采空区自燃危险区域判定提供参考。     

综放工作面高抽巷抽放条件下采空区漏风规律研究

高抽巷在解决易自燃煤层综放工作面瓦斯超限问题的同时,又加剧了采空区漏风及其自燃危险性。为了使工作面采空区防火措施更具有针对性,通过现场实测,研究分析了高抽巷抽放条件下工作面采空区漏风规律,对采空区的自燃危险区域分析、采空区有针对性的控风防火措施的制定具有重要的意义。     

高瓦斯特厚易自燃工作面回撤期间自然发火防治措施

硫磺沟煤矿为高瓦斯矿井,W(9-15)102工作面为矿井首采工作面,布置在9-15#煤层,该煤层平均厚度32.94 m,分层开采。开采煤层为易自燃煤层,最短发火期为17 d。由于综采设备的庞大粗笨,工作面回撤所需的时间长,在综采支架撤除期间,采空区与支架顶部的浮煤极易发生自然发火事故。因此,有必要对综放工作面拆除期间自然发火原因进行分析,采取均压堵漏、注氮、注浆、注水、注胶等综合防灭火措施,保证安全生产。     

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。     

超长综采工作面撤架期间煤自燃预测及防控技术研究

大兴煤矿北一202工作面采用超长开切眼布置,存在采空区空间大、开采易自燃煤层、工作面全程俯采且顶板存在复合煤岩层采空区遗煤量大等因素,导致工作面防灭火工作难度大幅提高。通过在工作面进、回风巷道,以及上、下隅角向工作面70 m处架后采空区预埋4个束管测点,对北一202超长俯采工作面采空区自燃“三带”分布范围进行多点位观测,得出超长俯采工作面采空区最大氧化带宽度为37.7 m,位于上隅角向工作面70 m架后采空区。根据北一202工作面实际参数,建立三维几何模型,通过Fluent数值模拟分析,揭示了超长俯采工作面采空区流场及O₂体积分数变化规律,并将采空区自燃“三带”分布范围模拟结果与实测结果进行对比,发现两者基本一致,证明了采用数值模拟方法分析研究超长俯采工作面采空区流场、O₂体积分数分布规律的有效性和科学性。