近距离煤层上部采空区自然发火治理技术

文章针对近距离煤层上部采空区自然发火问题,阐述了煤体自然发火现象的机理,总结了现阶段矿井主要采用的煤自燃预测、预报技术;归纳了现有的近距离煤层采空区防灭火技术,对存在此问题的近距离煤层矿井有一定的借鉴作用。     

近距离煤层群开采上层采空区气体变化规律

层间距小的煤层,在开采过程中很容易产生大量的裂隙,形成漏风通道,给采空区遗煤自燃的监测预测带来困难。为了能更好地分析层间距小的煤层开采过程中采空区的气体运移规律,该文通过对官地矿28412工作面现场监测并结合理论分析研究近距离煤层群开采过程中采空区气体的运移规律,为预防采空区遗煤自燃给予了相应的理论指导。     

近距离煤层群开采上层采空区气体变化规律

近距离煤层群开采过程中邻近层之间产生大量相连通的裂隙,采场情况十分复杂,并伴随不同煤层间因通风导致的煤层间漏风,致使采空区漏风规律与单层开采有很大区别,采空区气体的分布规律也更加复杂,给采空区煤层自燃预测预报带来了困难。因此通过理论分析并结合现场监测结果研究近距离煤层群开采本层及上层采空区气体变化规律,为制定采空区煤自燃预防措施提供科学依据。     

八连城煤矿采空区火灾防治技术实践

该文以八连城煤矿近距离煤层群工程地质条件和自燃火灾概况为背景,对近距离煤层群发火原因进行分析,并提出综合防灭火技术方案,实际灭火效果良好,保证了高产高效生产。     

采空区下综采面采空区自燃“三带”实测研究

针对浅埋近距离采空区下综采面采空区煤层自燃防治,以李家壕煤矿31115工作面为生产技术背景,采用理论分析与现场实测相结合的方式,研究了采空区气体浓度分布特征与采空区自燃"三带"分布范围。研究结果表明:由于上覆采空区气体下泄导致31115工作面采空区O₂、CO气体浓度异常,下泄影响范围为采空区100 m以内;工作面进风侧散热带宽度为25 m,氧化升温带宽度为137 m,大于137 m为窒息带;回风侧散热带宽度为21 m,氧化升温带宽度为92 m,大于92 m为窒息带。     

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。     

近距离上下煤层采空区遗煤自燃综合治理

补连塔煤矿22煤层与上覆12煤采空区的层间距为36~51 m,下煤层的开采易造成上覆煤层采空区的遗煤氧化。22305综采工作面在开采时上覆12煤采空区出现了高温区域。为消除高温区域,采取了地面打钻、钻孔测温、注粉煤灰、注液态CO2、局部封闭工作面注液态N2、注黄泥浆等综合治理措施。治理效果明显,工作面气体指标保持正常状态,确保了工作面的安全回采。     

气体流场动态平衡多点调控技术

基于矿井通风理论,系统分析了浅埋藏近距离煤层群开采条件下多层复合采空区内气体流场的漏风状态、漏风源、汇节点及压能均衡要素,依据多点联合调控的理念,集成了密闭堵漏、地表裂隙回填封堵、采动裂隙"O形圈"重点漏风通道封堵、关键层采空区注氮增压、工作面系统风窗-风机调压等技术的特点和优势,形成了气体流场动态平衡多点调控技术,于回采工作面、上覆采空区、灾变区域之间实现气体流场的"动态平衡",达到抑制有害气体侵入、减少采空区供氧的目的,通过在现场的实际应用,取得了良好的效果。     

近距离煤层下分层采空区煤自燃危险区域分布规律

针对新维煤矿8104综采工作面开采煤层含硫量较高且局部富集、采空区遗煤多、距离上层采空区近等客观情况,研究了其采空区煤自燃危险区域分布规律。实施过程中,采用束管监测系统实时测试采空区气体场分布,在此基础上以O2浓度变化作为主要标志、温度变化为辅助标志划分了8104综采工作面采空区的"三带"范围,并采用数值模拟方式与现场实测结果进行了对比分析,结果表明实测与数值模拟结果基本一致。最终确定了该综采工作面采空区自燃带范围:进风侧为40.5~95.5 m,回风侧为15.3~59.7 m。     

浅埋深近距离煤层群复合采空区防灭火技术

以西部某矿7~#、8~#煤层为背景,采用理论分析、数值模拟和现场实践对浅埋深近距离煤层复合采空区自然发火防治问题进行研究,研究结果表明:近距离复合采空区自燃三带在水平方向上,距工作面大于150 m的部分,沿空留巷附近采空区内氧浓度升高,此区域遗煤氧化时间长,自然发火危险较高;在竖直方向上,氧气浓度较低,三带范围较小。     

工作面临界压力梯度与采空区自燃氧化带宽度研究

?为了研究采空区自燃氧化带与工作面通风压差的关系,建立了工作面长度分别为60,90 m的采空区物理模型;利用FLUENT计算了6个不同工作面压差下的采空区渗流流动,得到共计12个工况下的渗流流场。数值计算结果表明:随着工作面压差增大,自燃氧化带向采空区深部移动,且该带范围变宽;随着工作面长度增加,自燃氧化带向采空区深部移动,且该带范围变宽;长度为60,90 m的工作面,临界工作面压差分别为25,35 Pa,得到了沿工作面长度方面的临界压力梯度约0.400 0 Pa/m。工作面临界压力梯度可作为工作面通风设计及采空区煤炭自燃防治的参考依据。     

近距离煤层群开采工作面自然发火防治技术

黄白茨煤矿属近距离煤层群开采,在近距离煤层群开采条件下工作面重复采动容易在相邻采空区间形成漏风通道,021005工作面回采初期上覆采空区发生自燃,从采空区漏风通道、采空区遗煤、漏风供氧时间等方面分析了工作面自然发火原因,初步确定了采空区着火点位置,采用封闭工作面注液氮成功控制了火区发展。     

冲击地压矿井近距离煤层采空区下回采巷道合理错距研究

针对近距离煤层上层煤为采空区及遗留30 m煤柱情况,以葫芦素煤矿2-1煤层及2-2煤层煤为研究背景,建立上层煤采空区及遗留煤柱受力的力学模型,分析了上层煤区段煤柱下岩层的应力分布状态,研究了近距离煤层采空区下回采巷道布置的合理错距。研究表明:保护层开采后实现充分卸压后,最佳内错距离应为80 m;从上覆遗留煤柱的影响范围来看,最佳内错距离为40~80 m;从对上层煤巷道的影响程度考虑,最佳内错距离宜大于80 m,当内错距离取160m时,下工作面开采对21101回风巷的影响最低,综合4种不同的角度,对影响范围取交集计算,最终确定22103首采工作面的最佳内错距离为80 m。     

极近距离采空区下特厚煤层综放工作面矿压管理与研究

针对中煤塔山煤矿极近距离采空区下特厚煤层综放工作面顺槽掘进和回采期间的强动压现象,通过数据监测、理论分析、数值模拟、现场验证,采用减小区段煤柱宽度、增大支架工作阻力、优化超前支护方式、水力致裂顶板等方法,弱化了围岩的强动压作用,有效控制顶板和巷道的变形,保证了矿井的安全开采。     

采煤工作面采空区自然发火综合防治技术

为解决采煤工作面回采过程中采空区出现自然发火隐患,通过现场取煤样实验,确定煤自燃特性参数,并且确定以CO、C 2H 4气体为现场煤自燃标志性气体。分析了在高抽巷未及时垮落影响下的采空区煤自燃诱因及自燃征兆凸显过程,现场采用了以堵漏、降温、高抽巷降压控氧为主要手段的协同防控技术。对高抽巷内气样进行检测结果表明,回采工作面采空区的CO浓度得到了有效控制,确保了采煤工作面的安全回采。     

基于正压控制的采空区双重高效密封防火技术

构筑密闭墙是预防采空区自燃的主要手段,可以有效阻断与其连通的漏风供氧通道。借助具备流场分析功能的RFPA2D-Flow软件,模拟分析了注氮气室相对正压作用下采空区密闭裂隙漏风的受控演变规律,优化设计了保障注氮气室有效运行的井下注氮管路与自增压液氮罐配合注氮方案,通过现场案例分析了注氮气室与沙柱密闭联合密封采空区防火的效果。研究结果表明:随着注氮气室相对正压的逐步增加,通风巷道经由密闭裂隙向采空区漏风的速度迅速减小,并最终产生反向,形成由注氮气室向通风巷道微量渗漏氮气的状态;当4303采空区抽采负压为-300 Pa,瓦斯抽采流量为30 m3/min,甲烷体积分数为85%时,保持注氮流量0.15~0.20 m3/min,气室内相对正压可维持在20~30 Pa,采空区自燃指标气体和温度在3 d内即得以有效抑制和降低。     

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。     

浅埋近距离煤层煤柱下开采异常矿压机理

针对补连塔煤矿22307工作面过边界煤柱阶段发生的强动压灾害问题,采用现场实测、理论分析等手段,研究了浅埋近距离煤层大采高工作面边界煤柱下开采异常矿压显现发生机理。结果表明：浅埋近距离厚煤层开采时,下煤层工作面推进至进煤柱阶段发生强动压灾害,支架活柱下缩量达到1 000 mm;下煤层工作面推进过程中,两层煤之间的关键层结构也不断的变化,重复采动阶段,两层煤之间存在一组亚关键层结构,进煤柱阶段,两层煤之间存在一组主关键层结构;进煤柱阶段,煤柱上方关键块的铰接结构发生反向回转运动,导致主关键层关键块上覆载荷增加,发生滑落失稳,引发强动压灾害,同时造成地表出现大的台阶下沉现象。     

多漏风通道采空区自燃火源分布模拟

通过气固能量平衡方程的耦合,建立了采空区多孔介质温度场数学模型.以某矿1307工作面三源二汇采空区为研究对象,分析了影响遗煤自燃火源分布的主要因素.结果表明,多漏风通道采空区风流结构不同于一源一汇,遗煤的氧化升温及温度场分布更为复杂;工作面推进速度越慢、进风量越大、漏风源距工作面越近,高温点升温速率越快.根据模拟结果推测出了该采空区大致的自燃危险区域,为现场防灭火工作提供了重要理论依据和指导.