基于采空区自燃“三带”测定优化注氮参数

为了防止综放工作面采空区遗煤自燃,提高注氮防灭火效果,合理确定出注氮参数。基于煤炭自燃理论及采空区O_2浓度变化规律,利用在采空区预埋氧气传感器,监测采空区O_2浓度随工作面推进度变化情况,确定出采空区自燃"三带"范围,并在同发东周窑煤业有限公司8102综放工作面应用。     

“一面四巷”综放工作面遗煤氧化规律及防治技术研究

本文以阳煤五矿布置有高低抽采巷的综放工作面为工程背景,采用现场实测、数值计算等方法,研究分析工作面在推进过程中,采空区内温度、瓦斯、氧气和一氧化碳气体浓度变化,确定综放工作面的采空区自燃"三带"范围。采用注氮的方式抑制采空区遗煤氧化,通过布点观测,得出注氮之后采空区内温度峰值下降8℃,一氧化碳峰值浓度下降了5ppm,采空区内氧化带范围减小,表明采用注氮方式对抑制采空区遗煤氧化具有良好的效果。     

近直立煤层短壁综放工作面采空区注氮流量与自燃“三带”分布关系

乌东煤矿近直立煤层内短壁综放面采空区遗煤量多、漏风复杂,易致出现自燃火灾,因此,矿井将注氮防灭火技术作为采煤工作面的日常主要自燃火灾防治技术手段。向采空区注入氮气,不可避免地会对采空区内自燃"三带"的分布范围产生影响,为了考察不同注氮流量条件下采空区自燃"三带"分布范围的变化规律,采用预埋束管的方法,测定了不注氮、小流量注氮、大流量注氮3种不同条件下采空区不同位置的氧气浓度,并依据采空区自燃"三带"氧气浓度指标进行了"三带"分布范围划分,通过对比划分结果,明确了短壁综放工作面随采空区注氮流量的增加,"三带"边界都向工作面方向移动,散热带、氧化带宽度都将缩小,大流量注氮后散热带基本消失。     

综放工作面采空区注氮量与氧化自燃带分布关系

为了防止柳塔煤矿12201综放工作面在推进过程中发生采空区遗煤自燃,采用COMSOL Multiphysics模拟软件研究了不同注氮量条件下采空区氧化自燃带的分布规律。研究结果表明:随着注氮量的增大,氧化自燃带的起始位置沿着工作面方向移动,但整体受注氮量的影响不大,氧化自燃带的终止位置受注氮影响较大,明显向工作面方向移动,导致氧化自燃带的宽度逐渐减小;注氮量与氧化自燃带宽度近似满足幂指数关系,经计算得出最佳注氮量为860 m3/h,此时的氧化自燃带宽度为55 m。     

注氮条件下瓦斯抽采对采空区自燃“三带”的影响

为了解决高抽巷抽采引起采空区漏风量增加导致采空区遗煤自燃倾向增大的问题,针对正行煤矿1502综放工作面开采具有高瓦斯易自燃的特点,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,通过Fluent软件模拟了采空区未采取注氮和抽采措施、高抽巷抽采和注氮条件下高抽巷抽采等3种情况的采空区瓦斯浓度场、漏风场、氧气浓度场的变化情况,得出了采空区自燃"三带"分布范围:散热带0~23 m,氧化带23~69 m,大于69 m为窒息带;将采空区自燃危险性区域确定为23~69 m。根据以上结果,对注氮效果、抽采负压进行评价,完善了采空区在注氮条件下高抽巷抽采防灭火系统。     

综放工作面采空区抽放注氮与遗煤自燃三耦合关系研究

为研究高瓦斯综放工作面采顶抽巷治理瓦斯和注氮与遗煤自燃三者的相互影响,寻找最佳的抽放量与注氮流量,进行实验分析;并分析了遗煤自燃抽放、注氮、温度场、O2场、CH4场影响关系图。实验表明:顶抽巷附近20 m范围内随抽放量的增加,O2浓度10%曲线逐渐向采空区延伸,采空区"三带"随之增加。受抽采半径及吸入工作面空气影响,抽放瓦斯纯度出现先增加后降低情形。随着注氮量的增加,进风侧"三带"变化浮动明显,并且对顶抽巷附近"三带"宽度也有所降低。"三带"降低率先增加后降低。81505工作面抽放量700 m³/min,注氮量2 200 m³/h时,有利于采空区防灭火。该研究为综放工作面采空区遗煤自燃治理提供参考。     

易燃煤层综放工作面停采期间防灭火技术研究

综放工作面停采期间回风流及回风隅角位置监测到CO浓度超限,采空区遗煤可能出现自燃风险,在对引起采空区遗煤自燃因素分析的基础上,制定停采期间防灭火技术方案并进行工程应用。采用注氮、灌浆以及灌注高分子胶体等方式,可减少采空区内氧气浓度,抑制甚至阻断遗煤自燃进程;采用正压通风方式显著减少采空区漏风。现场应用后,采面停采期间采面CO浓度控制在安全范围内,采空区遗煤自燃问题得以较好解决,确保了综放设备回撤安全。     

易自燃综放面采空区煤自燃“三带”与防火控制技术

针对华润联盛峁底煤矿易自燃厚煤层综放开采的现实条件,采取实测氧气浓度变化、数值模拟漏风风速和氧气浓度变化3种手段,研究综放面两道一线自燃三带的分布规律,确定了13204综放面采空区“三带”范围,依据煤最短自然发火期确定工作面连续日推进速度.基于理论分析和试验研究,及时采取了封堵地面漏风通道、均压通风、工作面上下端口设置隔漏风墙、压注和喷洒MEA阻化液、适时调整控制工作面风量等综合防治采空区煤炭自燃技术措施,有效防止了采空区遗煤氧化自燃,实现了13204综放面的安全生产.     

土城矿采空区自燃“三带”宽度的划定

13164工作面因煤层分层回采导致煤炭遗留在采空区,为解决采空区遗煤自燃问题,采用束管法在工作面布置测点测定其走向方向上氧气及一氧化碳浓度,从其浓度上分析出13164采空区自燃"三带"宽度,测定得出13164工作面散热带为0～45 m、氧化带45～73 m、窒息带73m以里,同时分析出自燃"三带"形态;根据自燃"三带"形态,提出了注氮、减少采空区漏风及喷洒阻化剂多种措施相结合防治采空区遗煤自燃,防灭火效果显著。     

综采放顶煤工作面采空区漏风与氧气浓度分布规律

根据综采放顶煤工作面采空区的漏风源和漏风汇形式不同,研究了采空区漏风分布和氧气浓度分布规律,以及注氮量对采空区“三带”的影响,为采空区遗煤自燃的防治提供了参考。     

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。     

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。     

碎软煤层坚硬顶板综采工作面自燃“三带”分布与注氮参数研究

为了解决碎软突出煤层坚硬顶板条件下,综采工作面采空区自燃"三带"划分及注氮参数设计与优化的问题,在进、回风巷布置埋管实测进、回风侧自燃"三带"并采用数值模拟、图像处理相结合的方法确定采空区中部自燃"三带"分布,并给出了注氮参数。研究表明:在碎软煤层坚硬顶板条件下,采空区散热带和氧化带宽度都明显变宽,最佳注氮口在散热带和氧化带交界处,但该位置埋深较深,拖管注氮存在困难,可通过增加注氮量减小注氮深度在注氮管埋深30 m处注氮,最佳注氮量为600~800 m³/h,采空区CO分布与自燃"三带"分布呈对应关系,24311工作面最小安全推进速度为1.89 m/d,工作面安全通风量为119 m³/min。     

州景煤矿5304工作面煤柱自燃特性及防治

为了及时处理州景煤矿5304工作面煤柱自燃灾害,测试了州景煤矿5304工作面煤自燃标志性气体,确定了5304工作面煤自燃指标气体为CO,并提出了采空区注浆和复合喷涂材料相结合的综合防灭火技术,同时使用综合防灭火技术对5304工作面窄煤柱自燃进行防治。结果表明:采空区内氧气和一氧化碳浓度迅速降低,回风巷内温度恢复正常值,煤柱自燃情况得到了抑制。采空区注浆技术与顶板喷涂复合材料技术的相互结合应用为类似煤层的自然发火防治提供了一种新的技术方案。     

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。     

浅埋深高瓦斯工作面瓦斯抽放对采空区自燃“三带”的影响研究

以五虎山煤矿010908工作面为背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测等手段对浅埋深高瓦斯工作面瓦斯抽放对采空区自燃"三带"影响进行研究。研究结果表明:当瓦斯绝对涌出量与采空区漏风量处于均衡状态时,此时瓦斯对煤自燃将出现明显的耦合影响;当采空区漏风量小于瓦斯绝对涌出量时,采空区遗煤自燃将受到阻碍;与之相反,当漏风量大于瓦斯涌出量时,采空区遗煤自燃受瓦斯涌出量的影响较小;高位钻孔与工作面距离越远,采空区内部的漏风路径也越长,采空区氧化带、窒息带所处的区域越向采空区深部扩大,但靠近工作面一侧的氧化带范围并没有出现明显变化。     

石炭系小煤柱掘进工作面巷道及相邻采空区防灭火技术

塔山矿试行小煤柱沿空开采,但工作面间小煤柱存在裂隙,致使在采工作面与毗邻采空区发生一定程度的气体交换,采空区内进入氧气,导致工作面出现自燃的可能性增加,以3-5#层8204工作面为研究对象,相邻采空区氧化带浓度明显呈现出"耳状"分布,通过对现场实际测试和数值模拟氧化带取得了深度的最大值29.6 m,长度在这一时期实现了较大的延伸。依据氧化带分布特征确定注氮步距,根据氧化带遗煤量确定注氮量,达到防灭火目的。     

顶板长钻孔替代高抽巷抽采控瓦斯与采空区注氮防火耦合治理研究

高瓦斯矿井易自燃煤层,工作面受上隅角瓦斯超限与采空区遗煤自燃双重威胁。为解决高抽巷抽采瓦斯导致采空区氧化带面积变大、增大遗煤自燃危险性的问题,以顶板长钻孔替代高抽巷,配合进风巷侧注氮,通过对长钻孔参数与注氮参数的优化,进行防火与控瓦斯耦合治理的研究。以中兴煤业1401工作面实测数据结合ANSYS数值模拟,研究了长钻孔数量、位置对工作面上隅角瓦斯的影响规律,获得以5个直径300mm、距回风巷10m、距煤层底板15m的顶板长钻孔替代高抽巷的最优方案。在此基础上,为保障对采空区遗煤自燃的有效控制,研究了注氮量与注氮位置对采空区氧化带分布的影响规律,获得在进风巷侧氧化带与散热带分界位置注入5.5m3/min的氮气,将采空区氧化带宽度降至25m的优选结果。通过对上隅角瓦斯与采空区遗煤自燃的综合控制,保证了工作面的安全生产。     

顶板巷抽采量对采空区遗煤氧化区域的扰动效应

顶板巷瓦斯抽采作为一种常用的采空区瓦斯抽采技术手段,在有效治理工作面瓦斯超限问题的同时可能诱导采空区遗煤自燃的发生。为了深入分析顶板巷抽采量对采空区遗煤氧化的扰动效应,本文根据义马耿村煤矿13190工作面的工程条件,建立了同尺寸物理模型并求解了采空区漏风流场和氧气浓度场。结合现场实测数据,在验证模拟可靠性的基础上,以工作面向采空区漏风量的大小、采空区氧化区域的宽度、深度和面积为指标,探讨了顶板巷抽采量变化采空区遗煤氧化的扰动效应。研究结果表明:① 随着顶板巷抽采量的增加,工作面向采空区的漏风区域和漏风量逐渐增大;② 随着顶板巷抽采量的增加,采空区遗煤氧化区域的边界向采空区深部移动,氧化区域的宽度和面积逐渐增大;③ 鉴于顶板巷抽采量对采空区漏风量和氧化区域的扰动效应,应合理设置顶板巷抽采量的大小,以达到瓦斯与煤自燃灾害协调防治的目的。     

基于瓦斯抽采的Y型通风采空区防灭火技术

中兴煤矿1207工作面使用沿空留巷技术实现了Y型通风,工作面Y型通风和采空区埋管抽采瓦斯改变了采空区的风流场,防止瓦斯涌入采煤工作面和沿空留巷工作面,保证了回风流的瓦斯浓度不超限,减少了采空区的瓦斯积聚。采空区瓦斯抽采和Y型通风的漏风流场特点,使供氧通道发育,加大采空区氧化带宽度,因此,2煤层采空区防灭火的重点就是防止上邻近煤层遗落采空区后发生自燃。根据工作面特点,布置了束管监测系统和采空区注氮系统,根据现场实数据,划分出了中兴煤矿Y型通风采空区的三带静态分布图,工作面回采期间通过气体检测,未发现发火征兆,效果良好。