大倾角坚硬顶板工作面初采期间的防灭火技术

金家渠煤矿工作面初采期间推进缓慢,且预留了1.0m顶煤,导致采空区存有大量遗煤;由于煤层顶板坚硬不易垮落,致使悬顶面积大,采空区漏风严重,因此采空区存在自燃发火隐患。通过采取地面塌陷区管理、封堵工作面辅巷泄水钻孔、强制放顶、工作面上下隅角靠近切顶线处施工沙袋墙控制采空区漏风量及灌浆+注三相泡沫、注氮等综合防灭火措施,降低采空区含氧量,有效消除了初采期间采空区自燃发火的隐患,确保了工作面安全开采。     

朱集西煤矿指标气体确定及自燃“三带”划分研究

为探究朱集西煤矿13501综采工作面采空区的自然发火规律,通过低温氧化实验分析了煤在低温氧化时释放气体产物的特征,优选出标志性气体并作为13-1煤自燃预报指标气体。通过在工作面进风巷和回风巷两侧铺设束管以及使用热电偶监控测温的方法,监测采空区内的气体和温度,测量出采空区自燃“三带”分布,进风巷：0～36 m为散热带、36～81 m属于氧化升温带、大于81 m为窒息带;回风巷：0～27 m为散热带、27～63 m属于氧化升温带、大于63 m为窒息带。依据划分的自燃“三带”宽度,计算出采空区工作面安全推进速度为2.3 m/d。研究结果对朱集西煤矿防治煤炭自燃以及防灭火提供指导作用。     

深井高地温煤层回采工作面防火技术研究

针对朱集西煤矿 11501 工作面高地温、高地压的特点,分析了 11-2 煤的自燃特性以及采空区自燃“三带”分布规律,得出 11-2 煤应以 CO,C₂H₄,C₂H₂作为标志性气体;采空区进风侧氧化带范围为 32～96 m,中部氧化带范围为 26.4～62 m,回风侧氧化带范围为 28.4～91 m。 根据煤自燃特性以及采空区自燃“三带”分布规律,制定了工作面回采期间防灭火技术方案,即加强气体监测,进、回风隅角端头设挡风墙控制漏风,进风侧预埋注氮管路,高抽巷布置灌浆钻孔等防灭火措施。 结果表明,采用上述措施后,正常回采期间,采空区内 CO 浓度最大为 13×10^-6;过断层期间,采空区内 CO 浓度最大为 10×10^-6,有效地防治了采空区遗煤自燃,保证了工作面的安全回采。     

切顶成巷“Y”型通风工作面采空区自燃危险区域研究

针对切顶成巷无煤柱开采技术,以某矿62711切顶成巷工作面为例,采用理论分析和Fluent数值模拟相结合的手段,与"U"型通风工作面进行对比,分析切顶成巷"Y"型通风工作面采空区漏风规律、气体运移和浮煤自燃危险区域,给出采空区自燃危险区域分布特征。结果表明:切顶成巷技术中的两进一回"Y"型通风系统,虽能有效解决工作面上隅角瓦斯问题,但采空区漏风量增大,为"U"型通风的1.33倍,自燃危险区域最大宽度增大了171 m.切顶留巷技术增加了采空区浮煤自燃的危险性,必须采取相应措施进行预防。     

切顶留巷综采面采空区防漏风技术研究

为掌握切顶留巷条件下的采空区漏风规律，降低对采空区的漏风供氧，首先利用COMSOL数值模拟软件分析了青龙煤矿21606综采工作面切顶留巷采空区的漏风流场，模拟结果表明：切顶留巷“Y”型通风方式下，采空区漏风风速沿远离综采面的方向明显衰减，采空区漏风路径主要为：从下隅角进入，经采空区流向上隅角和通风立眼处。其次，利用SF6现场示踪试验对模拟结果进行验证，结合模拟和现场试验结果得到了采空区漏风流场的特征，并分区域制定了针对性的防漏风措施：在切顶留巷及通风立眼处采取砌墙并进行喷浆处理|在工作面进行切顶爆破加速顶板垮落|在补回风巷和回风巷上隅角处砌筑沙袋墙并喷涂施密特防漏风材料|在切眼及补切眼处进行喷浆和及时封堵切眼瓦斯抽采钻孔|补充压注凝胶等综合措施。通过综合防漏风措施的实施，降低了工作面自然发火风险，保证了工作面的安全回采。     

煤层群开采自燃“三带”分布规律及防灭火技术研究

为防止近距离煤层群工作面回采后相邻采空区气流互通引起采空区遗煤自燃，以李家壕煤矿31114综采工作面为工程背景，采用现场实测结合数值模拟的方法，对本煤层进风侧、回风侧及上覆采空区氧浓度分布规律进行测定，依据氧浓度分布规律划定了本煤层采空区自燃“三带”分布范围，并给出了工作面安全回采的最小推进度。同时，利用Fluent软件模拟得到煤层群开采上覆采空区氧浓度分布规律，划定了上覆采空区火灾重点防治区域，该区域位于工作面后方50m范围内的上邻近层工作面遗留煤柱，依据遗留煤柱破碎漏风易发火的特征，提出采用地面封堵、隅角封堵、遗留煤柱注浆相结合的综合防灭火技术。     

切顶卸压沿空留巷开采工作面W型通风技术研究

为确定切顶卸压沿空留巷开采工作面合理的通风方式,以店坪煤矿204回采工作面为例,从预防采空区遗煤自燃和瓦斯事故出发,通过计算采空区漏风量、监测氧气浓度变化、对比采空区"三带"划分,提出两进一回的W型通风方式为合理的通风方式。现场实践表明,W型通风方式可以有效降低采空区两侧风压,减少采空区漏风,采空区氧化带范围明显降低,有效防止采空区自然发火。     

综放工作面采空区自燃“三带”的观测与划分

通过实际观测采空区浮煤状况、工作面推进速度和采空区进回风侧O2浓度的分布规律,根据"三带"划分方法及划分指标,对白羊岭煤矿15101综放工作面进行了"三带"划分,掌握了采空区煤自燃"三带"分布规律及危险区域。15101工作面散热带的分布范围在采空区距离工作面10~100 m,进风侧由于漏风强度较大,散热带宽度较宽。窒息带在距离工作面165 m以上的采空区深部;在工作面回风侧,窒息带的深度约为137 m。氧化升温带宽度在工作面进风侧最大,达到55 m左右。     

基于惰化平衡的厚煤层透采空区煤自燃防控方法

厚煤层开采过程受原有分层开采工艺的影响,原有老采空区被揭露,工作面风流在压差的作用下漏入煤层内采空区,极易引起采空区内破碎遗煤自燃并产生大量有害气体。以水帘洞煤矿大巷煤柱(北)综放工作面为例,在分析厚煤层综放开采条件下工作面透采空区时各流场之间耦合关系的基础上,采用SF₆示踪气体漏风测试和数值分析相结合的方法,研究工作面在回采过程中透采空区的特点及漏风规律,提出了基于惰化平衡的厚煤层透采空区煤自燃防控方法。研究结果表明：工作面距切眼200 m范围内本煤层内采空区之间存在较为明显的漏风通道;工作面切眼贯通,漏风流O₂向回风侧运移,且其体积分数随距切眼距离的增加而逐渐减小;切眼向外约100 m范围为本煤层采空区煤自燃危险区域;通过封闭式氮气惰化、多钻孔连续压注凝胶等方法,实现采空区惰化平衡,在工作面开切眼、过采空区、停采时期高效防治采空区煤自燃。     

易自燃煤层低推进度综放工作面采空区自燃防治技术

基于采空区遗煤发火原因及低推进度条件下综放面采空区煤自燃危险区域的分析,制订并实施了控制漏风、阻化两巷顶煤、压注泥浆、压注凝胶、压注氮气等采空区综合防灭火技术措施,减小了氧化升温带的区间宽度及工作面上隅角CO浓度,实现了低推进度下工作面采空区自燃的有效防治。现场的运用结果表明,采取的措施符合实际且富有成效。     

超长综采工作面撤架期间煤自燃预测及防控技术研究

为治理济宁二号井9303超长综采工作面撤架周期长、采空区遗煤量大、存在漏风等问题导致的采空区煤自燃,基于数学建模、程序升温试验、现场原位监测相结合的方式,研究了适合超长工作面撤架期间煤自燃预测与防控一体的综合防治技术。根据已有的对推采期间上隅角CO预测研究与现场条件推演停采撤架期间上隅角CO浓度数学模型;通过程序升温-色谱分析试验获得采空区遗煤氧化升温过程中CO与C_2H_4的生成规律;依据煤自燃危险区域判定理论对采空区自燃"三带"分布进行现场观测,通过上隅角CO浓度预测数学模型、采空区束管监测数据以及工作面参数计算得到上隅角CO预测浓度,判断采空区遗煤自然发火危险性;最后结合预测结果、工作面发火特点以及煤自燃防治工作经验,提出封堵减漏、惰化降温等防控措施。结果表明:遗煤氧化升温的临界温度为60～80℃、干裂温度为110～130℃、采空区遗煤氧化升温标志气体随温度变化呈类指数增长;常温、临界温度、干裂温度三个特征温度对应的上隅角CO体积分数预测范围分别为:≤36.30×10~(-6)、(410.02～1 758.05)×10~(-6)、(12 264.33～38 197.95)×10~(-6);通过上隅角CO浓度预测与现场监测值对比分析,成功预测了停采撤架期间采空区煤自燃程度,所提出的针对性防控措施成功消除了煤自燃隐患,保证了撤架工作的顺利进行。     

自燃煤层沿空留巷采空区遗煤自燃规律及防控技术研究

针对沿空留巷情况下采空区遗煤易自燃、发火等问题，以平煤二矿为研究背景，根据沿空留巷采空区特征及工作面通风方式特点，建立采空区自然发火数学模型。对未留巷、留巷未采取防漏风措施及留巷采取措施等情况下采空区自然发火特征进行数值模拟，并在现场进行了工业性试验。研究结果表明：采用沿空留巷技术后增加了采空区漏风量，氧气浓度面积增加，致使采空区内温度升高；依据沿空留巷下采空区自然发火模拟分析，认为在沿空巷道采取漏风措施可降低采空区遗煤自然发火危险性；建立沿空留巷分级防控防灭火技术体系，并在现场进行了应用。为类似条件下沿空留巷采空区遗煤自燃防治提供参考。     

易燃厚煤层采空区自燃三带分布特性及防灭火技术

通过在采空区预埋束管进行取样,检测采空区内气体成分随工作面推进进度变化情况,确定出孙家沟煤矿13304采面采空区煤自燃"三带"分布特性,获得采空区自燃带宽度范围。当工作面出现CO异常时,采用了工作面降风均压、自燃带埋管注氮、上下隅角封堵减漏风的综合防灭火措施,取得了良好的防灭火效果。     

综放工作面采空区煤自燃过程的动态数值模拟

综放工作面采空区浮煤自燃主要取决于浮煤厚度，氧浓度，漏风强度，工作面推进速度和自燃发火期5个参量，工作面正常生产时，采空区自燃三带处于一个动态的稳定状态。根据综放工作面采空区自燃发火特点，将松散煤体自燃发火数学模型简化，建立了综放工作面采空区湿度变化的动态数学模型，用计算机动态模拟采空区浮煤自在升温过程，对时反映采空区温度分布状态及其动态变化规律，对采空区浮煤自然危险性进行超前预测，指导综放工作面的安全生产。     

切顶留巷侧帮孔隙率对工作面采空区漏风规律研究

针对切顶留巷无煤柱开采下采空区留巷的侧帮段漏风面积大、漏风通道广等特点,以杜儿坪煤矿切顶留巷工作面Y型通风为例,运用CFD软件对留巷侧帮段堵漏风材料不同孔隙率的漏风流场、漏风量和漏风氧浓度进行数值模拟研究。研究结果表明:工作面漏向采空区方向随多孔介质孔隙变大而漏风量也变大,且漏风量随至下隅角距离增大,呈现急剧减少→抛物线上升→线性减少→在靠近留巷处又急剧增大;随着多孔介质孔隙率增大,留巷向采空区的漏风量也越大,且沿工作面走向长度的增大,留巷向采空区漏风量逐渐减少;随着孔隙率变大,漏风氧浓度也逐渐变大。     

回坡底矿切顶留巷工作面通风技术研究

针对工作面传统通风方式存在漏风通道多、遗煤自燃发火严重、有毒有害气体浓度高的问题,回坡底矿10-108工作面通过切顶留巷方式将传统"U"型通风改为"W"型"两进一回"式通风。改进通风方式后,能够有效减少采空区漏风通道,使采空区窒息带面积增加、散热带和氧化带面积减少,保证采空区温度处于安全稳定范畴内。切顶留巷"W"型通风方式的成功应用,是减少工作面有毒有害气体积聚,降低遗煤自燃危险性的有效措施,能够保证工作面安全高效开采。     

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．     

自燃煤层切顶卸压留巷工作面通风技术分析

应用切顶卸压留巷技术会导致留巷段内漏风通道发育,采空区漏风严重,从而制约该技术在自燃煤层中的应用。2-503综采工作面为容易自燃煤层,所开采的5~#煤层煤质较好,为提高煤炭回收率,矿井采用切顶卸压留巷技术,但面临采空区漏风严重、遗煤自燃风险较大问题。为实现安全回采,提出在2-503综采工作面采用切顶卸压留巷两进一回的W型通风方式,从而降低采空区漏风量。研究结果表明,采用W型通风时采空区遗煤自燃危险区范围分别为U型、Y型通风的82%和61%,采空区漏风率控制在5%以内且未发现遗煤自然发火迹象。研究成果可为其他矿井自燃煤层切顶卸压留巷工作面通风技术应用提供借鉴。     

Ⅱ类自燃煤层自燃氧化规律分析

针对Ⅱ类自燃煤层易发生煤炭自燃的现状,以袁店一矿1023工作面所属10号煤层为研究对象,对1023工作面采空区煤炭的自燃氧化规律进行了研究。通过在采空区埋设抽气管路,测定采空区温度以及O2、CO2浓度等在工作面推进过程中的动态变化并进行分析。结果表明:采空区内CO2浓度分布符合"一源一汇"工作面的采空区漏风流场分布规律,且回风侧比进风侧更早进入窒息带;采空区自燃"三带"的具体分布范围:散热带距工作面中部距离为0~18.8 m,自燃带距工作面中部距离18.8~71.1 m,窒息带距工作面中部距离大于71.1 m,依据划分的自燃"三带"范围计算出该工作面最低适宜回采速度为42 m/月。     

高瓦斯易自燃采空区瓦斯与煤自燃耦合模拟研究

以高瓦斯易自燃111811综采工作面采空区为对象,研究了无抽采和瓦斯立体抽采条件下采空区瓦斯抽采治理效果及与浮煤自燃的耦合影响。通过建立理论模型,结合现场观测,计算得出了分段渗透率范围并建立了采空区渗透率三维控制方程。模拟结果表明:无抽采条件下,采空区瓦斯积聚严重,在可能自燃带范围内存在瓦斯与煤自燃共生致灾危险区,必须加以处置;而在采用了采空区留管及高抽巷等瓦斯立体抽采措施后,有效治理了采空区瓦斯积聚问题,抽采负压4.5 k Pa时,上隅角处的瓦斯体积分数降至0.5%,满足要求;可能自燃带范围内的瓦斯体积分数下降至0.48%~4.69%,有效消除了瓦斯与煤自燃共生致灾危险,保障了安全生产。但瓦斯抽采作用会造成采空区漏风量增大,可能自燃带范围扩大,采空区自然发火危险性有所增加,应加强观测。