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。     

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。     

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.     

采空区自燃带数值模拟方法研究

提出了一种基于虚拟概念"截断温度"来进行采空区自燃带数值模拟的方法.该方法的基本思想是:1)取煤自燃的临界温度(一般为70℃左右)为截断温度;2)在模拟过程中,当煤温达到或超过该温度时假设煤氧化反应速率不再随着温度的升高而升高;3)模拟收敛后,将温度场中达到或超过截断温度的区域划定为自燃带.分析表明,该模拟所得自燃带的物理意义就是采空区内能够发生自燃的最大可能范围.最后,针对一处真实采空区,利用该方法对其自燃带分布进行了模拟分析.模拟结果与现场观测结果非常相似,证明了该方法的适用性.     

采空区自燃"三带"微循环理论及漏风流场数值模拟

为掌握采空区自燃"三带"分布及其自然发火规律,通过唐口煤矿2307工作面采空区自燃"三带"现场温度和气样观测,利用FLUENT软件对采空区漏风流场数值模拟.结果表明:采空区自燃是一个氧热微循环过程,当漏风供氧大于氧化耗氧、氧化生热大于漏风散热时,氧热微循环可持续进行,直至自燃;得出工作面不同风量下采空区自燃"三带"的区域.进风巷侧采空区可能自燃带范围在48.2～98.6 m,而回风巷侧采空区可能自燃带范围在24.3～98.6 m.经对比分析,得出最有利于采空区防灭火的最佳供风量为1 200～1 440 m~3/min,可满足防灭火的需要.     

孤岛工作面采空区煤炭氧化“三带”分布规律研究

张集煤矿17258工作面为孤岛工作面开采,为防止回采过程中出现自然发火事故,采用在上风巷埋设束管,利用JSG-7型煤矿束管监测系统采样、检测采空区内气体,测定出该面采空区“三带”变化规律,确保了17258工作面安全回采。     

采空区自燃“三带”分布规律的四维动态模拟

从空间和时间四维角度出发,提出了一种可实现动态回采过程模拟的"定网格、动属性"的非稳态模拟方法,利用优化改进了的采空区孔隙率、渗透率动态分布数学模型,通过计算流体动力学(CFD)法模拟了某综放工作面推进过程中采空区氧气浓度的变化规律,得到了不同推进阶段采空区氧浓度的分布规律.结果表明:采空区氧浓度分布受"O"型圈影响显著,"氧化带"分布范围随工作面推进分为两个阶段:一是工作面回采初期,采空区内进风侧-开切眼-回风侧一线漏风明显,随工作面推进,漏风范围逐渐增大;二是工作面回采中后期,主要漏风区域集中在进回风两侧及近工作面一带,氧化带分布相对工作面位置趋于稳定,大致呈非对称的"U"型分布.     

巨厚砂岩顶板“三带”范围的数值模拟与界定

为定量划分采空区上覆巨厚砂岩顶板的"三带"范围,根据数值模拟的应力与位移结果,提出"三带"的界定准则:将上覆岩层中主应力都为拉应力的区域定为冒落带;将只有一个主应力为拉应力的岩层高度定为裂隙带的上限。采用FLAC3D软件对开采过程中的顶板运动规律进行了数值模拟,模拟结果与实际观测结果一致。表明此界定准则可为地质条件相似矿区的顶板"三带"分布提供借鉴。     

“三软”煤层注水防尘封孔技术研究

通过对水泥砂浆、封孔器等封孔方法的分析,研究了它们在“三软”煤层中注水时存在的主要问题,并开发了单向自动截止阀,它与封孔器配套使用,在郑州矿务局超化矿11091工作面进行试验取得了良好的效果．     

基于FLUENT的采空区流场数值模拟分析及实践

利用流体力学数值模拟软件分析采空区流场的分布,对研究采空区自燃氧化"三带"的空间分布极其方便和有效.通过对仿真数值模型的建立和通风参数的改变,分析不同供风量条件下的流场分布,有利于对采空区自燃发火等情况的分析和预测.基于采空区漏风极限的原则,通过FLUENT对唐口1304综放工作面进行数值模拟,分析了流场的分布,划分了自燃氧化"三带"的范围,对矿井内因火灾的防治提供了指导,有利于矿井的安全生产和整体安全水平的提高.     

基于热重实验的煤自燃临界氧体积分数分析

对同一种煤样在不同氧体积分数下进行热重实验,利用Matlab得出了该煤样的残留质量比率(TG),质量变化率(DTG),放热速率(DSC)和放热变化率(DDSC)的立体分布和等值线图,研究了不同条件下残留质量和放热速率的变化规律.结果显示,当氧体积分数大于10%时,该煤样在设定的温度内能完全反应和存在最大放热速率,但完全反应对应的温度随着氧体积分数的降低而升高;当氧体积分数小于10%时,尤其是氧体积分数趋向于0时,该煤样难以在设定的温度范围内完全反应,且残留质量随氧体积分数的降低加速上升,同时在实验温度段内放热速率波动不大.最后,对煤样产生不同残留质量的原因进行了分析,结合热重实验得出该煤自燃的临界氧体积分数为18%和8%,从而为采空区自燃"三带"划分提供指导.     

耿村矿综放面采空区“三带”的观测与分析

通过对耿村矿１３０１１综放面采空区“三带”的观测,证实了在采空区中部布置观测管路观测气体方案的可行性,采集的气体更具代表性．在分析观测数据的基础上确定了采空区“三带”的宽度范围,并结合耿村矿煤层自然发火期,指出了防止采空区遗煤自燃所必需的工作面最低推进速度,讨论了某一工作面在不同时期影响“三带”范围变化的主要因素,为防止采空区遗煤自燃提供了依据．     

煤层底板“下三带”突水防治措施探析

根据煤层底板"下三带"理论,对煤层底板突水实质及影响因素进行分析,并在此基础上提出相应的煤层底板突水防治措施。探讨了采用注浆改造技术对煤层底板进行改造的施工工艺。     

“三软”极不稳定煤层综采技术研究

偃龙矿区开采的山西组二．煤层属于“三软”极不稳定煤层,其突出特征为煤层松软、厚度和倾角变化大,顶板及底板松软、破碎,赋存条件复杂,开采极其困难．嵩山煤矿以多项支护技术专利为支撑,采用底板岩巷的“一巷三用”,合理选择高强度轻型放顶煤支掩式液压支架,以及综采防片帮和防冒顶等技术,实施综采机械化开采,实现了“三软”煤层的安全高效开采,取得了显著效果．     

综放工作面采空区内“三带”范围的确定与分析

通过对阳泉三矿 1 5号煤层 80 60 6工作面的具体分析 ,确定了综放工作面采空区内的“三带”范围 ,为防治综放工作面自然发火提供了依据     

“三软”煤层回采巷道钻孔卸压参数研究

回采巷道围岩控制一直是"三软"煤层开采高产高效的制约因素之一.根据永华一矿的地质条件,针对传统支护方式无法解决"三软"煤层回采巷道支护的难题,采用理论分析、现场试验的方法,提出了钻孔卸压与U型钢支架耦合支护技术.即通过在巷道U型钢支架之间打卸压钻孔,为巷道围岩变形留设变形空间,降低围岩应力,达到巷道稳定的目的.试验表明,U型钢支架耦合支护和钻孔卸压能够有效地控制巷道围岩变形,支护效果良好,为"三软"煤层回采巷道围岩控制提供了实践和理论依据.     

多煤层采区岩层移动相似材料的模拟研究

通过对平顶山煤业集团公司八矿多煤层采区同采条件下,下部煤层开采对上部煤层开采影响的相似材料模拟试验结果的分析,得出了下组煤层开采时上覆岩层的移动及变形规律、有关岩层移动参数、上组煤层巷道变形预计方法及采动影响的时空关系     

深部“三软”煤层回采巷道断面优化研究

针对淮北矿区深部"三软"煤层工作面半圆拱梯形巷道超前支护工艺复杂的技术难题,以邹庄矿3204首采工作面的高产高效开采实际为背景,提出了利用"平顶+双圆弧"代替半圆拱的断面优化模式,开发了平顶U形巷道断面,运用理论分析、数值模拟并结合现场实测资料,研究了断面优化的理论基础并提出了优化高度的概念.结果表明:合理选择优化高度能够降低巷道围岩应力集中程度,提高"三软"巷道的整体稳定性及端头替棚效率;消除木垛架棚工艺并满足设备结构尺寸的优化高度h0应满足:0.9mh02.4m;断面优化高度的临界值为1.2m.     

“三软”低透气突出煤层瓦斯综合治理研究

＂三软＂低透气性突出煤层瓦斯抽放工作是目前国内瓦斯治理的难题.通过对永华公司二矿＂三软＂低透气性高瓦斯煤层影响因素的分析,提出了详细的煤巷掘进瓦斯抽放、采煤工作面瓦斯抽放及煤体注水的瓦斯综合治理方案,并进行了工业性试验.结果表明,采用此瓦斯综合治理方案后,掘进工作面及回风流的瓦斯体积分数保持在0.1%以下,工作面瓦斯抽放率达40%以上,工作面瓦斯体积分数控制在0.5%以下,工作面煤壁强度得到了强化,瓦斯涌出得到了控制,不仅提高了工作面的单产水平,而且煤巷掘进速度也达到了每月90 m以上,实现了工作面及煤巷的安全、快速推进.