基于非均匀场的采空区自燃特征研究

为了研究O型垮落压实和耗氧非均匀的采空区自然发火特点,构建采空区非线性渗流—多组分气体—温度场和非均匀耗氧的数值模型,该模型考虑矿井通风和工作面推进的动态变化;给出一种描述顶板岩层冒落按O型圈压实分布的模型表达式;考虑到灌浆、灌注水和喷洒阻化剂和局部风流变化等导致采空区耗氧非均匀性,构造灌浆—阻化剂耗氧非均匀0—1随机变化模型;模拟计算显示,虽然局部耗氧发生波动,但实施阻化措施后的采空区耗氧能力整体发生减弱,证明温度开始下降,CO分布区域显著缩小,模拟结果符合现场实际情况。研究指出采空区耗氧非均匀性模型,能够解释实际采空区自燃升温的突变和多变因素影响过程,成果对于工作面后方采空区遗留煤的防灭火工作起到了辅助指导作用。     

自燃采空区耗氧-升温的区域分布特征

联立求解采空区非线性渗流、多组分气体弥散和温度场,用表征温度(数值解）表达自燃程度和氧化区域分布特征,同时考虑垮落层位上氧化的非均匀性、工作面推进度和动态边界等各影响因素.在考虑升温情况下,采空区自燃“三带”划分方法与表征温度场方法具有一致性,温度场方法表达更具体.计算得到,虽然主自燃危险区处在上游进风侧,但因垮落层位的耗氧差异,在回风边界处(上、下双层流汇流）也可能形成局部高氧浓度区.在“定向漏风供氧-煤耗氧-工作面推进”三者综合作用下,激烈氧化升温带位于高温区的前沿,形成趋于平衡的升温分布区;最高升温点处在氧浓度分布低值区.随着高温区的强烈耗氧和工作面推进移动,高氧区与高温区的分离趋势加大.     

153302工作面采空区自燃“三带”分布研究

为有效防止采空区煤炭自燃,在153302工作面回风巷铺设束管采集采空区气体,利用M-9000型燃烧分析仪测定分析采空区气体样本的成分,根据实测采空区氧含量分布规律和计算机数值模拟结果,掌握了采空区自燃三带宽度,计算出工作面最小推进度为0.7 m/d,研究结果为矿井制定内因火灾防治措施提供理论依据。     

基于Matlab采空区自燃“三带”的分析

针对目前沿工作面两巷布点不能很好地观测采空区自燃“三带”分布的问题,提出沿工作面全线布点的方法观测采空区自燃“三带”,选取一个试验工作面进行自燃“三带”观测,观测数据包括O2、CO2、CH4浓度和温度。利用Matlab得出采空区内O2、CO2、CH4浓度和温度的立体分布和等值线图。以O2作为划分自燃“三带”的指标,利用Matlab得出采空区自燃“三带”的分布范围,并且从图上得出各个测点的自燃“三带”范围。最后,利用O2、CO2、CH4浓度和温度进行叠加,得出采空区危险区域的范围。     

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。     

遗煤连续耗氧下供风量对采空区自燃的影响

为提高矿井防治采空区遗煤自燃的能力,文章探究了不同供风量对自燃危险性及最低安全推进速度的影响。以雁南矿I0130101综放工作面为研究对象,由束管监测得到采空区气体体积分数参数,通过封闭耗氧实验测得采空区遗煤不同氧气体积分数下连续的耗氧速度,分析确定其窒息(临界)氧气体积分数。利用FLUENT软件通过编写采空区遗煤耗氧速率的UDF控制程序,对该采空区流场进行不同风量的仿真模拟,得到不同的自燃氧化带宽度。结果表明：工作面风量1 200 m³/min时(实际风量),自燃氧化带宽度120 m,最低安全推进速度2.60 m/d,采空区自燃危险程度低;随着工作面供风量的增加,该工作面采空区自燃氧化带的边界向采空区深部移动且宽度增大、最低安全推进速度也逐渐加大,与风量近似呈现出线性关系,自燃危险程度增加。     

冒落采空区氧浓度分布非均衡性研究

为分析回采采空区漏风强度与氧浓度分布特征，用非均质漏风渗流方程和氧浓度耗散方程建立了冒落采空区漏风流态和氧浓度变化的有限元数值模型，结合观测数据进行了求解；工作面附近流场按冒落介质和冒落空隙间的双流层问题处理。得到采空区内部进、回风侧两端的氧浓度分布是不均衡的，而导致这一现象的原因是采空区漏风流的沿程耗氧和瓦斯的涌出；指出采空区内进、回风两侧端的漏风强度分布基本是均衡的，当考虑瓦斯涌出的影响时，漏回风侧的漏风强度甚至要高于进风侧。从流体力学原理上对现场观测采空区内部进回风两侧氧浓度分布的不均衡给予更合理地解释。此结论将有助于澄清当前学术界对此问题的模糊认识。