大倾角中厚煤层短壁工作面防灭火实践

沛城煤矿8325采煤工作面属大倾角中厚煤层短壁开采.工作面回采过程中发生严重的采空区煤炭自燃现象,针对具体条件采用均压、埋管注胶、雾化阻化剂等防灭火措施,取得了较好的效果,提出了采煤工作面大倾角中厚煤层短壁开采的防灭火方法.     

简放工作面供风量与采空区遗煤自燃危险性研究

针对地方煤矿易自燃厚煤层简易放顶煤开采推进速度低的现实条件,本文在分析不同氧浓度条件下煤的耗氧速度、采空区煤氧化自燃三带及其与采空区漏风量关系基础上,研究了工作面供风量与漏风量及其采空区氧化带宽度的关系,研究结果为厚煤层简放开采工作面的合理供风量及防治煤炭自燃措施应用提供了技术依据.     

煤炭自燃标志性气体预测指标的实验研究

设计并研制了氧化热解实验模拟装置,通过对峰峰矿区小屯矿工作面采空区煤样的氧化热解模拟实验,绘制了各氧化热解气体CO2、O2、C2H6和CO等气体浓度随温度的变化曲线,并对其分析找出了该矿采空区煤炭自燃的标志性气体预测指标,从而为掌握工作面采空区煤炭自燃的规律和制定有效合理的煤炭自燃发火的防治措施提供依据,为煤矿的高效生产提供安全保障。     

煤炭自燃标志性气体预测指标的实验研究

设计并研制了氧化热解实验模拟装置，通过对峰峰矿区小屯矿工作面采空区煤样的氧化热解模拟实验，绘制了各氧化热解气体CO2、O2、C2H6和CO等气体浓度随温度的变化曲线，并对其分析找出了该矿采空区煤炭自燃的标志性气体预测指标，从而为掌握工作面采空区煤炭自燃的规律和制定有效合理的煤炭自燃发火的防治措施提供依据，为煤矿的高效生产提供安全保障。     

综放工作面撤架期间预防采空区遗煤自燃措施探索

煤矿工作面末采撤架期间,由于操作时间长和采空区漏风量较大,因而采空区遗煤很容易发生自燃．鹤煤二矿3407综放工作面在末采撤架期间,通过工作面自燃监测、采空区埋管注浆、预设回撤通道减少回撤时间、阻化剂防灭火以及停采时设置多道密闭、翔闭采空区等措施,确保了工作面末采回撤的安全,同时也得到了较好的经济效益．     

三相泡沫防治采空区煤炭自燃研究

针对目前煤矿防灭火技术与材料存在的一些不足，研制了一种用于防治采空区煤炭自燃的三相泡沫材料．简要介绍了三相泡沫的制备流程和主要技术参数；建立了采空区煤炭自燃过程的化学动力学方程，根据对方程中C，O2反应的物质的量浓度，煤体温度T，采空区的孔隙率γ等参数的控制，研究了三相泡沫防治采空区煤炭自燃的机理．结合三相泡沫在大兴煤矿N2703综放工作面采空区防治高温火源点的实际应用情况，对比了注三相泡沫前后取样气体中CO，O2体积浓度以及采空区温度丁的变化结果，有效地防治了煤炭自燃．应用结果表明三相泡沫防治采空区煤炭自燃的效果显著，是一种具有广阔应用前景的新型防灭火材料．     

煤炭自燃阻化剂的试验研究

煤炭自燃是煤矿开采业面临的一个严重问题.阻化剂防灭火技术是抑制煤炭自燃的重要方法之一.为寻找高效阻化剂以阻止煤炭自热引燃,对Ca Cl2、Mg Cl2、Na Cl及复合阻化剂进行研究,通过双氧水氧化升温实验和活化能实验,考察阻化剂的阻化效果.实验结果表明:4种阻化剂均为煤炭自燃有效阻化剂,其中复合阻化剂的阻化效果最好.复合阻化剂无毒无害,使用方便.     

防止煤炭自燃新型阻化药剂

通过理论分析和实验室大量实验研究，我院最近研制成功一种与目前常用无机盐类阻化剂靠吸湿保水液膜隔氧的物理作用截然不同的新型阻化药剂．新型阻化药剂阻化原理新颖、科学，是一种靠化学和物理双重作用阻止煤炭氧化，且阻化效能高、用量小、经济实用．１９９９年１月在义马煤业集团公司耿村矿２３煤１３０１１综放工作面停采线处防火工业试验成功，取得了显著的经济和社会效益．该成果在技术上达国内领先水平，在国际上也具新颖性．可在自燃矿区推广使用．防止煤炭自燃新型阻化药剂     

综放面采空区遗煤自然发火过程动态数值模拟

通过对影响煤炭自燃因素的分析，建立了采空区内遗煤自燃过程数学模型，可随时预测不同漏风强度和不同推进速度的条件下，采空区遗煤自然发火的危险性．在计算机上对徐庄矿7235综放面采空区遗煤自燃过程中，氧化时间、工作面推进速度、遗煤厚度对煤温的影响进行了模拟，预报了在回采过程中采空区遗煤不自燃，而撤支架过程中确可能发生煤炭自燃，预报结果与实际相符。     

易自燃煤层放顶煤开采工作面合理长度分析

以采空区自然发火危险为约束条件,用采空区场流方法(数值模拟)和自燃三带理论,结合实例,研究放顶煤开采工作面合理长度问题.得到工作面长度安全临界值与煤的最短自然发火期成正比关系.通过现场测定风量和采空区气体浓度分布,得到在当前工作面特定采空区流场环境下的自燃氧化带宽度和模型基础参数,数值模拟出不同工作面长度的采空区自燃氧化区宽度的变化关系;回归得到,在理论上,工作面长度与自燃氧化带宽度近似服从二次曲线关系.分析中给出了自燃安全判别量和自燃安全区间.     

综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法与实践

根据目前采空区自燃"三带"的研究现状,确定了基于采空区煤自燃的上限氧浓度和下限氧浓度、采空区自燃"三带"现场观测及数值模拟、MIN-MAX综合处理法的采空区自燃"三带"的综合划分方法,划分了采空区自燃"三带"范围.以新疆哈密三道岭煤矿4204综放工作面为例进行实际应用,确定了该工作面采空区的自燃"三带"范围.实践表明,该划分方法确定的"三带"能更好地反映浮煤自燃的实际情况,对具有类似条件的采空区防火具有参考价值.     

工作面推进下采空区煤自燃进程的动态模拟研究

提出了一种改进的非稳态模拟方法,用于分析工作面推进对采空区遗煤所处渗流和氧化环境的动态影响.基于所建立的模拟方法,模拟了耿村矿13210工作面不同推进距离下采空区渗流参数、氧气浓度和温度场的动态分布,并通过现场实测与模拟结果比对,验证了模拟方法的可行性.结果表明:该模拟方法实现了采空区煤自燃过程与工作面动态推进间的反演,发现采空区自燃危险区域随推进距离的增加呈现阶段化分布特征;当工作面推进90～120 m后,采空区渗透参数、氧气浓度的分布在滞后工作面一定范围内相对稳定,但温度场具有明显的拖尾降温现象.采空区动态尺度下的模拟更能体现采空区煤自燃过程与自燃危险区域分布,为动态推进下的采空区煤自燃预测提供了指导.     

注氮惰化窒息燃烧煤炭氧浓度的实验研究

利用煤炭自燃实验系统,对龙固煤矿7煤煤样的自燃过程进行了模拟实验.实验研究了注氮情况下的煤氧化煤温、自燃状态与氧含量的变化关系,确定了龙固煤矿7煤煤样窒息的最低氧浓度,研究结果对使用注氮防治煤炭自燃技术的应用具有重要的现实指导意义.     

采空区高温点位置确定的计算机模拟分析

本文重点介绍了利用计算机模拟解算采空区非稳定温度场的原理与方法。以平顶山矿务局高庄煤矿２３０４０（Ⅱ）工作面为例，模拟分析了该工作面出现自燃征兆时的采空区煤温分布状态，为确定采空区高温点位置提供了定量化依据。     

特厚易自燃煤层综放工作面采空区氧化自燃带分布规律模拟研究

特厚煤层(厚度8m)放顶煤开采过程中,采空区遗煤多,煤自燃火源隐蔽,位置和程度难以判定,加大了矿井火灾防治的难度。本文通过ANSYS FLUENT软件对山西峁底矿13204易自燃煤层综放面(煤层平均厚度12.06m)采空区的空间自燃"三带"分布规律进行了研究。模拟结果表明:沿采空区走向,在底板进风侧附近,氧化自燃带离工作面最小距离为20m,宽度68m;沿工作面倾向,氧化自燃带沿垂直于工作面的中心线呈非对称分布,进风侧氧化自燃带最宽,回风侧次之,采空区中部最窄;沿垂直高度方向,进风侧氧化自燃带距离底板最高可达30m,其宽度为12m。本文研究结果有望为特厚易自燃煤层综放面采空区防灭火提供理论借鉴作用。     

监测温度和气体确定采空区自燃“三带”的研究

沿采空区倾向布置５个测点,对采空区气体成分及温度进行测定,确定出三河尖煤矿７１２１下综采放顶煤工作面采空区自燃“三带”的范围,并对该工作面始终出现ＣＯ的原因进行了合理解释．     

综放面采空区遗煤自燃“三带”范围的预测

以峰峰矿区小屯矿14252综放面为研究对象,通过氧化热解实验测定煤样产生的气体成分;利用自制气体采样系统对采空区气体进行采集和分析,进而划分遗煤自燃"三带"范围。结果表明C2H2可作为该综放面煤炭自燃的预测指标,以C2H2浓度划分的采空区遗煤自燃"三带"范围为:散热带0~30m,自燃带30~127m,窒息带大于127m。     

大采高综采工作面瓦斯与煤自燃综合治理技术

针对张集煤矿1215（3）高产高效综采工作面高瓦斯、易自燃开采过程中的安全问题,本文介绍了大采高综采工作面采空区顶板高位抽采技术,优化顶板走向钻孔位置,结合顺层钻孔和上隅角埋管等抽采瓦斯措施综合治理瓦斯,同时采取均压通风、加快工作面推进速度、采空区灌浆、注氮等技术措施防治煤自燃,保证了回采期间回风流瓦斯浓度平均小于0.5%,CO浓度20PPm以下,实现了工作面的正常安全生产。研究成果为淮南矿区一次采全高高产高效工作面的瓦斯、防火治理提供了借鉴经验。     

防治煤炭自燃的三相泡沫理论与技术研究

针对目前我国煤矿防灭火技术和手段存在不足,特别是针对大范围采空区或巷道高冒火灾、采空区隐蔽火源及高位火源、综放及俯采工作面煤炭自燃防治的难题,提出了由粉煤灰（黄泥）、氮气和水组成的三相泡沫防灭火新技术,该技术可以利用煤矿已有的注浆系统将三相泡沫注入采空区并形成覆盖面广、可向高冒区堆积的泡沫体,能较好地充填采空区或高冒区,有效扑灭火灾．针对固体不燃物（粉煤灰、黄泥）、水和氮气三相介质的特性,成功研制出了使浆液具有较高发泡倍数和较长稳定时间的三相泡沫发泡剂．应用浮选动力学、表面化学、物理化学、热力学和流体机械等理论,较系统地提出了三相泡沫的形成机理．根据三相泡沫的特点,发明了三相泡沫发泡器。应用流体力学理论,建立了发泡器喉部至扩散段区域负压大小和浆液流量的方程关系式,并通过CFD流体力学软件模拟了三相泡沫发泡器内不同扩散角度下管内静压和浆液流速的分布状况,得出了扩散角为60°时的压力分布和流速是形成三相泡沫的最佳条件．开展了三相泡沫发泡剂溶液阻止煤自燃的试验研究,结果表明：三相泡沫发泡剂溶液对煤自燃的阻化效果显著,能有效地减缓煤的氧化放热速率,抑制煤温度的升高,同时也有效地抑制CO的释放量,是很好的防止煤炭自燃的阻化剂;三相泡沫的灭火性能试验表明,三相泡沫可在较致密的多孔介质中不同方向流动,渗透性强,流动范围广,可扑灭较大范围区域内的高位火源和隐蔽地点的火源．三相泡沫流变特性研究表明,含黄泥或粉煤灰颗粒的三相泡沫属于屈服假塑性非牛顿流体;试验考察了发泡倍数、浆液浓度、外界温度及气体介质对三相泡沫黏度的影响;建立了三相泡沫在水平管道中流动的数学模型,确定了三相泡沫发泡器在井巷中合理的安装位置;建立了三相泡沫在大空间中堆积高度的数学模型． 在矿井灌浆系统中加入氮气,使泥浆发泡,体积增大,大流量的三相泡沫能在采空区中形成面与三维的流动方式,较之一般的水浆流动,覆盖面广,并可向上部堆积,能将更多的水、固体不燃物（黄泥、粉煤灰）带入防灭火区域,防灭火效果显著．建立了一套适合煤矿自然火灾防治的注三相泡沫的工艺系统,该系统安全可靠,操作方便,可连续大流量灌注．提出了沿顺槽采空区埋管、综采（综放）支架插管、地面打钻和与其它防灭火技术手段相互配合使用的多种注三相泡沫新工艺,并在现场得到了广泛应用．     

综放面采空区温度场动态数学模化及应用

根据采空区浮煤氧化自燃过程的主要影响因素,建立了采空区温度分布的数学模型,计算分析了采空区浮煤温度分布随工作面推进速度的变化规律,确定了工作面的最小推进速度．并用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编程,在微机上成功地模拟了忻州窑矿８９１６综放面采空区自然发火的动态变化情况