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。     

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。     

缓斜煤层下行通风采空区自燃危险区域预测模型

为分析不同自燃特性缓倾斜煤层工作面下行通风时采空区内具有自燃危险可能的区域的分布特征,建立了倾斜采空区的渗流模型,依据该模型利用CFD仿真得到了不同火源时（模拟采空区遗煤不同的自燃性强弱）下行通风采空区内氧气和温度场的分布特征;结合保德煤矿81309工作面现场观测的采空区不同区域的O2体积分数的数据对仿真结果进行验证。结果表明：随着设置的热源强度（采空区遗煤自燃倾向性）的提高,采空区火风压作用增强,下行通风时的采空区内进、回风侧氧化带宽度差值在逐渐减小。实测得出的进、回风侧及工作面中部对应的采空区内窒息带临界位置分别距工作面200、290、175 m,与火源功率65 W/m2时的仿真结果较为吻合,表明所建立的模型较为准确,可用于倾斜易自燃煤层工作面自燃分布的研究。     

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。     

基于流场模拟的复采工作面采空区自燃危险区域预测

根据复采工作面采空区浮煤自燃特点分析,简化复采采空区渗流物理模型,建立渗流-扩散数学模型;通过现场采空区的气体数据观测分析,确定出边界条件,并对复采工作面采空区流场进行数值模拟,得出采空区内部渗流速度及氧气浓度分布;结合实验所得煤体自燃极限参数,判定采空区自燃危险区域,预测精度能够满足实际防灭火需要,可为复采过程浮煤自燃的防治提供指导。     

东荣三矿综一轻放面自燃危险性预测

通过对东荣三矿综一轻放面现场观测,得到采空区浮煤厚度分布规律、氧浓度分布规律及工作面推进速度规律。根据现场观测数据、煤层自燃极限参数以及工作面实际条件,确定了采空区“三带”的范围,结合所采煤层的自然发火期,得到了采空区遗煤不发生自燃的极限推进速度,以此来构建危险区域判定的充分条件和预测采空区遗煤自燃危险性,进而指导放顶煤工作面采空区遗煤的自燃防灭火工作。     

工作面沿空侧采空区煤自燃危险区域研究

为研究沿空掘巷工作面在不同开采时期沿空侧采空区煤自燃危险区域,以营盘壕煤矿2202工作面和沿空侧2201采空区为例,采用煤自然发火实验分析2201采空区遗煤自燃极限参数,提出沿空侧采空区煤自燃危险区域判别条件,通过保护煤柱施工钻孔监测沿空侧2201采空区内气体体积分数和温度,利用Fluent数值模拟研究沿空侧2201采空区氧气体积分数分布规律,划分出沿空侧采空区煤自燃危险区域。结果表明:2202工作面回采期间,保护煤柱应力集中导致煤体破碎,沿空侧采空区氧气体积分数在10.1%~13.8%范围;工作面停采前沿空侧采空区氧气体积分数在10.3%~15%之间,回采期间,沿空侧采空区煤自燃危险区域为2202工作面前部45 m至后部119 m宽55 m靠近煤柱侧的狭长区域;停采前,沿空侧采空区煤自燃危险区域为2202工作面前部63 m至后部107 m宽42 m靠近煤柱侧的狭长区域。     

采空区自燃火灾防治技术

为解决采空区自燃火灾的难题,以某煤矿为例构建计算流体力学模型,利用Fluent模拟不同监测面的CO浓度百分比,提出利用增稠粉煤灰二氧化碳泡沫材料进行采空区堵漏和防火抑爆。研究结果表明,采空区CO浓度最高的位置在其距工作面20～30 m处,得出灌浆的最佳位置应在采空区距工作面20 m处;利用增稠粉煤灰二氧化碳泡沫材料可以使采空区煤炭自燃得到有效控制。研究结果可为煤矿采空区防灭火提供指导。     

金庄矿3107采空区自燃带分布变化规律研究

以金庄矿3107工作面作为典型采面,采用现场布点的方法实测工作面采空区温度及气体体积分数变化,分析得出"三带"分布情况;根据所得数据和分析结果,应用FLUENT软件对其进行数值模拟,得到典型采面采空区自燃带分布规律,并在此基础上对"三带"观测模拟结果加以适当推广。最终给出了同一矿井相似采面不同条件下的自燃带宽度、位置及采面安全推进速度,为防灭火工程提供指导和依据。     

石嘴山二矿2268综放采空区自燃危险区域划分研究

通过实验测定煤的自燃特性参数,由现场观测和理论分析确定综放工作面采空区浮煤、漏风和氧浓度的分布情况,根据实际条件下浮煤自燃的极限参数,将采空区划分为窒息带、氧化升温带和散热带;然后根据综放工作面实际推进速度和最短自然发火期判定出采空区自燃危险区域,并确定出保障综放工作面安全的最小推进速度为1．36m/d．由此为石嘴山二矿安全生产、自燃火灾的预测以及防灭火提供依据．     

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。     

晓南矿工作面采空区自然发火安全控制与管理

利用可视化有限元数值模拟方法结合采空区气体取样检测技术，对晓南矿W2 702综采工作面生产过程中采空区漏风渗流流态和氧浓度耗散变化进行监控，定量化地分析了在各种边界条件下自燃三带所发生的变化，以达到对采空区自然发火的安全管理与控制。     

基于采空区流场的遗煤自燃危险区域判定及复合惰化技术研究

采空区遗煤自燃火灾是影响煤炭生产安全的主要灾害之一。基于Fluent数值模拟技术,构建采空区三维物理模型,模拟研究了采空区流场立体分布规律,并以O₂体积分数为判别指标划分了采空区遗煤自燃危险区域;通过分析采空区遗煤空间分布规律及不同惰性气体的惰化特性,提出了综放工作面采空区复合惰化技术,即高位压注CO₂和低位压注N₂,并与单一气体惰化技术进行了对比研究。结果表明:复合惰化技术相较于单一气体惰化技术有着更好的防灭火效果;在工程应用中,各监测点CO体积分数在短时间内均降低到2.4×10^-5以下,压注惰气期间防灭火效果良好。     

Study on numerical simulation of spontaneous combustion prevention mechanism by nitrogen injection in goaf

Based on heterogeneous and porous medium seepage of air leakage-diffusion equation, as well as, gas and porous medium synthesis heat transferring equation, a spontaneous combustion non-steady numerical model of nitrogen injection goaf was established, which can be solved by upwind finite element numerical simulation method si- multaneously. Taking the working face for example; air leakage seepage, nitrogen flow and gas distribution can be described in visual display in nitrogen injection goaf and the oxygen （O2）, carbon monoxide （CO） concentration and temperature distribution, as well as, their change were described in theory during the coal left behind combustion in goaf, which above reveals the complex mechanics course （mechanism） of seepage, diffusion and oxidation heat releasing during coal spontaneous combustion and its restraining. During the calculation, the effect factors of gas springing out and working face advancing were considered fully, and the spontaneous combustion course under different amount of nitrogen injection was simulated. The conclusions were obtained that under nitrogen injection condition, the high spontaneous combustion temperature area lean to the inlet air, but the shape becomes narrower, with the amount of nitrogen rising, the spontaneous combustion period becomes longer till to it does not happen. Meanwhile the nitrogen injection accelerates gas springing out in goaf. The result that turns out in theory simulation fits to practical nitrogen injection.     

基于多参量的采空区煤自燃危险区域划分方法研究

工作面采空区漏风强度、浮煤厚度、氧气体积分数等多个因素共同影响采空区内的煤自燃危险区域分布范围。以王家山煤矿中二202工作面为研究对象,采用公斤级煤自然发火试验装置,测定煤样放热强度、耗氧速率等自燃特性参数,结合理论公式计算采空区危险区域划分参数的阈值(浮煤厚度、氧气体积分数、漏风强度、最短发火期、耗氧速率)。综合关键参量,构建了采空区煤自燃危险区域的划分方法。通过现场束管检测分析和Fluent流体模拟技术,观察采空区内氧气浓度场、气流场的分布规律,确定了王家山煤矿大倾角工作面采空区煤自燃“三带”及工作面每日最小安全推进度。研究成果对现场防灭火工作具有一定的指导意义。     

采空区自然发火的能量迁移理论

根据能量守恒原理提出采空区自然发火的能量迁移理论,建立采空区能量平衡方程,推导出采空区最高温度预判方程以及工作面最小安全推进速度计算方程。结合某煤矿31005工作面现场情况,分析推进速度、工作面风量以及注氮等因素对采空区最高温度和工作面最小安全推进速度的影响。结果表明,加快推进速度、减小工作面风量以及增大注氮量都能有效降低采空区自然发火危险,但随着推进速度的增大,注氮所起的防火作用减弱;减小风量或增大注氮量都会使最小安全推进速度减小,从而有利于采空区防火。     

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。     

基于移动坐标的采空区自然发火模型研究

通过对采空区内遗煤自然发火过程的分析,利用质量守恒定律和达西定律建立了采空区气体流动的流场模型,利用质量守恒和菲克定律建立了采空区内的氧浓度场模型,根据能量守恒建立了采空区内浮煤的温度场模型,以上3个模型联立即为采空区自然发火模型.根据采空区动态移动的特点,通过引入移动坐标系建立了移动坐标下的采空区自然发火模型,简化了自然发火模型求解.利用有限差分法对模型进行了数值求解,编制了解算软件.以山东古城煤矿2108综放工作面为例进行了采空区自然发火模拟,得出了工作面实际生产条件下采空区内温度分布,并与实际观测结果进行了对比分析,模拟结果与实际观测结果基本一致,从而验证了该自燃模型的正确性.     

高位钻孔瓦斯抽放采空区自燃“三带”的数值模拟

通过简化模型代替采空区复杂流动环境,建立采空区漏风流场的数学物理模型;利用FLUENT软件模拟采空区气体速度场、氧浓度场分布,根据双指标综合划分采空区自燃“三带”;分别对1301工作面正常回采时和高位钻孔抽放条件下采空区自燃“三带”数值模拟,得出高位钻孔抽放对采空区自燃“三带”的影响范围,实现现场无法到达情况下的理论分析.