煤矿采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害多场演化研究进展

我国是采空区复合热动力灾害最为严重的国家之一,探索采空区复合热动力灾害的演化规律对于灾害防治具有极其重要的意义。然而,目前对于复合热动力灾害各灾种间的耦合致灾机理、灾害演化规律、灾害信息探测与辨识等方面的认识尚不够深入,因此导致煤矿采空区复合热动力灾害的预防及治理尚缺乏有针对性的技术方法。基于此,探讨了我国采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害发生的现状,分析了该领域的国内外最新研究进展,指出采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害具有隐蔽性、耦合型、动态性、复杂性的主要特征,由此导致灾害表现出风险大、辨识难、预警难、防治难的特点。从国内外关于采空区复合热动力灾害多场演化规律的研究平台、多场耦合数学模型、气体体积分数场-温度场-风压场等多场耦合演化规律及其关键影响因素、灾害信息探测技术及采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害的判别方法等角度,系统综述了采空区热动力灾害多场演化规律的最新进展。以此为基础,指出采空区复合热动力灾害亟需在多灾种间的互馈耦合作用机理、多场耦合动态演化规律、复合灾害的关键致灾因素及其临界指标、采空区复合灾害监测-预警-综合防控一体化理论与技术等方面展开进一步的深入研究与探索,研究结...     

大面积采空区煤自燃无线监测预警系统设计及应用

针对大面积采空区煤自燃危险程度判定的技术难题,设计了矿用本安型多参数无线传感器。基于Linux操作系统和嵌入式Wb技术,设计了矿用本安型无线监测基站,实现内网、外网跨平台访问实时监测信息。系统在柳塔煤矿的试验结果表明:可以实现对采空区气体浓度-温度-压差的动态监测,完成煤自燃灾害的监测预警。     

采空区瓦斯与煤自燃共生灾害的实测分析与研究

为有效防治高瓦斯、易自燃煤层综采工作面采空区瓦斯与煤自燃共生灾害,以111811综采面为背景,通过现场实测和数值分析,研究得出了采空区瓦斯浓度和自燃氧化气体浓度的分布规律。现场实际应用注氮防灭火效果良好,有效抑制了煤炭自燃,消除了瓦斯与煤自燃共生致灾的可能性,保障了安全开采。     

煤自燃与瓦斯共生灾害演化与预警

煤自燃与瓦斯共生灾害预防和控制已成为煤矿亟待解决的重要课题。为了探讨共生灾害的耦合特征及致灾机理,采用数值模拟等方法研究共生灾害的演化过程,并建立了共生灾害的预警和防治体系架构。结果表明：共生灾害是基于多场时空耦合交织产生的灾害,通风量增加,采空区内漏风量增加,灾害区域向采空区中深部移动;相比“U”型通风系统,“Y”型通风系统可有效防止上隅角瓦斯积聚,灾害区域向采空区中深部移动;基于气体体积分数和温度建立了共生灾害预警模型,并从控瓦斯、控时间、控氧气、控温度等方面提出共生灾害协同防控体系,构建了智能化的共生灾害监控系统框架。     

煤与瓦斯共生灾害现状研究

为了分析煤与瓦斯共生灾害研究现状,介绍了共生灾害特性及耦合关系的研究进展,揭示了共生灾害机理及防治方法,根据目前现状提出了研究存在的不足及展望。研究结果表明,共生灾害多物理场耦合关系复杂、灾害趋势明显,但目前共生灾害研究存在实验研究针对性不强、未考虑全面漏风场优化机制、缺少共生灾害风险识别模型及预警机制、防控体系较弱等弊端。在研究中应加强实验的侧重性,在工程实践中进一步优化漏风场,并构建瓦斯与煤自燃共生灾害风险辨识与风险判别指标体系,建立共生灾害风险识别模型及预警机制,降低共生灾害频率及后果。研究可为共生灾害防治提供理论指导。     

综放采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害危险区域识别研究

为了定性定量研究综放采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害危险区域,探究了综放采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害特性,提出了采空区安全度与危险区域系数双重指标,建立了采空区瓦斯混合气体流动、气体组分对流扩散等多场耦合数学模型,采用COMSOL软件模拟保德煤矿81505工作面不同供风量条件下采场O2与瓦斯气体浓度分布特征。研究结果表明：采空区氧化带呈非对称性,进风侧宽度较大。采空区瓦斯积聚在采空区深部靠近回风侧的范围内。在模拟供风量里,氧化带宽度随供风量的增加而增加,而采空区最高瓦斯浓度与上隅角瓦斯浓度随供风量的增加逐渐减小。随着供风量的增加,危险区域往采空区深部逐渐拓宽,危险区域系数与供风量呈线性关系。在同等供风量条件下,采空区不同平面的危险区域系数随距离底板高度的增加而降低。     

矿井煤自燃灾害监测预警技术及发展趋势

以降低矿井火灾的发生率为目标,梳理了矿井煤自燃灾害现有监测预警技术的发展现状,总结了现有技术的局限性和不足,指出未来发展应注重先进监测技术的应用、预测技术准确性的提升、预警系统和智能化管理的发展等。针对矿井煤自燃灾害隐蔽性、持续性、扩散性和难以控制的特点,提出矿井煤自燃灾害监测预警技术未来发展方向：提升煤自然发火临界值确定方法的综合性,利用新兴设备和先进技术完善煤自然发火临界值的确定方法;针对矿井煤自燃复杂环境,可通过研究声波探测等新型先进技术手段,提高矿井煤自燃监测参数的全面性和精细化;推动矿井煤自燃监测预警技术的创新性和决策的智能化,利用数字孪生技术提供精准的模拟与预测能力、优化防控方案、提供培训和应急管理以及数据分析和决策支持等方面的帮助;聚焦矿井自燃灾害全面感知、精准预测与防控智能一体化建设,加强对矿井自燃灾害数据分析、灾前主动预警、灾后事故治理、火区自动封闭等技术的研究。     

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。     

采煤工作面瓦斯与自燃复合灾害综合防治技术

通过对瓦斯与自燃双重灾害并存采煤工作面采取防火、防瓦斯综合治理技术措施,保障工作面安全回采,验证了复合灾害型采煤工作面综合治理技术应用措施的有效性。     

采空区煤炭自燃监测预警技术应用研究

针对煤矿采空区遗煤自燃,分析监测预警技术,研究采空区煤自燃的监测预警方法和手段,提出了LoRa技术在采空区煤炭自燃监测预警中的具体应用方案。同时论述了监测系统的关键技术,为Lo Ra在煤矿领域的应用起到了积极的推动作用。     

吉林省煤矿重大灾害联网预警分析技术及预警系统

为了提升吉林省煤监局所辖矿井各种灾害监测的信息化水平,提高监管、监察的及时性、可靠性,研究了一套煤矿重大灾害联网预警分析技术。建立了基于重大灾害特征规律的动态预警模型,将各矿井瓦斯、二氧化碳、火、顶板4大灾害监测系统的数据进行集成和综合分析。介绍了系统建设的技术原理、架构、联网方式、数据集成方式以及模块设计。开发了联网分析预警平台,借助阿里云服务进行发布,实现吉林省主要矿井安全信息的综合管理和集成共享、安全隐患的在线监测和动态识别以及重大灾害信息的分类、分矿井集中展示。研究为煤矿安全监管监察工作提供了有效的辅助工具及手段。     

煤矿在线智能应急预警系统的研究与应用

根据瓦斯地质异常、采矿应力和瓦斯排放特征,考虑我国煤、瓦斯突出防治技术和矿山规律,结合矿山生产过程、地质资料和多种历史气体动态现象,对多源信息进行综合分析,建立了综合预警指标系统和煤矿模型,确定并建立了煤和瓦斯突出预测的指标模型和系统。此外,利用该模型建立在线综合系统和数据库,进行了瓦斯突出的预测,实现了煤矿工作面爆发危险的实时监测和智能识别。预测系统的应用结果表明,系统软硬件可以保证瓦斯突出的连续稳定预警,预警结果及时且准确,与矿山的实际风险一致。     

韩家湾煤矿煤自燃多级预警指标体系构建

为完善韩家湾煤矿煤自燃预警预报技术指标体系,实现煤自燃隐患的早期准确预警,通过对韩家湾煤矿多个煤层开展煤自燃特性参数的程序升温试验测试,得到了煤样氧化升温过程中气态产物随煤温的变化规律.确定了以CO、ΔCO/ΔO2、C2 H4为主,以C2 H6、C2 H4/C2 H6为辅的煤自燃预警指标,进一步分析了预警指标与煤温之间...     

采空区煤炭自燃无线监测系统的设计

采空区煤炭自燃是长期危害煤矿安全生产的主要灾害之一,煤矿采空区煤炭自燃监测对于制定预防自燃措施至关重要。基于现有采空区参数采样方法存在的不足,笔者设计了一套以矿井原有基站、中心站为基础的采空区煤炭自燃无线监测系统,该系统由设在采空区的多组信号发射器和采掘工作面便携式接收器构成,通过井下监测监控网络实现对采空区参数的地面实时监测。     

许疃煤矿煤炭自燃指标气体优选与应用

为了有效预防许疃煤矿3₂38工作面采空区遗煤自燃,通过采集该工作面煤样进行煤自燃倾向性测试和低温氧化试验分析,优选出预测煤自燃指标气体：煤温在20~100 ℃时,以CO作为指标气体;煤温在100~150 ℃时,以C₂H₆作为指标气体;煤温在150 ℃以上时,以C₃H₈作为指标气体,并以链烷比作为辅助指标参数。根据测试结果,采用插值拟合方法,得到各指标气体体积分数与温度之间的函数关系式。基于所建立的拟合函数关系式,通过检测煤体温度,可以计算出CO、C₂H₆及C₃H₈的体积分数,用于推测采空区自燃状况。现场应用结果表明,采空区遗煤自燃预测效果良好。     

顾北煤矿煤自燃试验及早期多级预警技术

为了做好顾北煤矿煤自然发火防治工作,建立适用于顾北煤矿的煤自燃早期预警体系,提前分析顾北煤矿存在的煤自燃问题,以顾北煤矿13121工作面煤样为研究对象,进行煤自然发火试验,分析试验气体产物及各指标气体比值随温度变化规律,确定煤自燃指标气体及其临界值.试验结果表明,不同特征温度下对应的气体表征参数存在突然变化;结合试验数...     

基于区块链技术的煤炭运输安全预警研究

为了提升预警效果,避免安全事件发生,设计了基于区块链技术的煤炭运输安全预警方法。通过对煤炭运输安全预警系统总体进行设计,实现煤炭运输安全预警,同时还对煤炭运输安全系统的硬件和软件进行设计。系统硬件部分主要设计了总线架构以及信息传输接口,用于提高数据的准确性以及信息传输的安全性;系统软件部分设计了网络层区块、煤炭运输安全预警评价体系以及煤炭预警系统参数,用于对数据进行判断,减少信息丢失,并提高炭运输安全预警性。实验证明:该方法提高了煤炭运输安全预警效果,可以保证煤炭运输的安全性。     

煤与瓦斯突出实时监测预警系统声—电噪声扰动分析

为了在金佳矿建立煤与瓦斯突出区域—局部动态实时监测预警系统,基于KJ838声电瓦斯系统,对11224运输巷工作面掘进周期内声发射与电磁辐射的噪声扰动进行了分析。结果表明:KJ838声电瓦斯系统能及时对巷道中的环境变化进行响应,放炮、开溜槽、开铲车等工序均会对声—电信号造成特定扰动。     

滑坡地质灾害远程无线实时预警监测系统研究

为了全面实施“科技兴地”战略,进一步提高自主创新能力和科学水平,促进国土资源科技创新与国土资源工作更加紧密地结合,更好地为经济社会和国土资源事业发展服务。研制了滑坡地质灾害远程无线实时预警监测系统。系统由滑坡现场多点数据采集系统、智能监测终端、远程监测主机3大部分构成。现场数据采集系统采集多个传感器节点的数据信息,通过电缆传送到智能监测终端,智能监测终端通过公用无线网络将滑坡现场采集到的大范围、多点、多类别的物理参数传输到全国范围内任意地点放置的监测主机上。装在远程监测主机上的“滑坡监测数据分析与预测”软件能以数据、曲线或图形的形式实时显示滑坡现场各个参数随时间的变化以及滑坡现场的位置信息,并能对数据进行记录、分析和预测等。研究具有较好的社会经济效益和安全环境效益。     

瓦斯压力在线监测技术在揭煤巷的应用研究

有效监测预警是煤矿瓦斯突出灾害防治的重要环节,我国大多数煤矿主要采用不连续的直接指标法和连续的间接指标法对瓦斯突出灾害进行监测预警,现场缺少瓦斯突出灾害连续直接监测技术。为了获得揭煤巷煤层瓦斯抽放过程中的瓦斯压力变化特征,设计了以连续监测、直接监测为核心的煤矿瓦斯突出灾害实时监测预警系统,采用分区布置多测点实时监测方法,验证了该系统的可靠性和监测数据的准确性,获得了瓦斯压力与抽放时间关系规律。研究表明:煤层瓦斯压力变化与抽放时间、瓦斯解吸状态相关,随着抽放时间延长,煤层瓦斯压力总体上呈降低趋势;随着瓦斯解吸量的增加,煤层瓦斯压力总体上呈升高趋势;随着抽放时间延长,抽放区域瓦斯压力为0.07～0.20 MPa,已低于突出临界值0.74 MPa,验证了煤层瓦斯抽放时间是防治瓦斯突出灾害的重要指标。研究可为煤矿瓦斯突出灾害有效监测预警和防治提供理论基础和技术手段。