二场叠加原理的采空区自然发火危险区判定研究北大核心

为有效解决综放工作面采空区自然发火的问题,采用CFD技术对采空区流场进行数值计算,以氧气体积分数及速度的叠加场作为采空区自然发火危险区域划分标准,分析了自然发火危险区与工作面供风量的关系,以及注氮和瓦斯抽采对自然发火危险区的影响。研究结果显示,随着工作面供风量增大,氧化带的形态并未发生改变,只是整体后移,但呈"L"形的自然发火危险区域面积增大,加大了发火危险;注氮后,自然发火危险区主要集中在靠近工作面运输巷位置,为一狭长区域;瓦斯抽采对自然发火危险区影响较大,随着抽采量增加,自然发火危险区域面积明显增大。     

厚煤层自燃发火综合防治技术

介绍了厚煤层开采中采用减少配风量、加快工作面推进速度、减少采空区遗煤、采空区灌浆、注氮、回采结束的采空区防火技术,能够消除巷道自燃发火事故.     

基于通风量与推进度的采空区自然发火数值模拟

为了优化注氮防灭火技术的治理效果,以大同煤矿集团马道头煤业有限责任公司8401工作面为研究对象,采用数值模拟的方法,研究在没有注氮条件下和有注氮条件2种情况下工作面的通风量与推进度对采空区自燃氧化带范围的影响。研究表明:无论是注氮还是不注氮,工作面风量越大,氧化升温带越宽,采空区自然危险性越大;从预防工作面采空区自然发火角度考虑,尽量减小工作面的风量,即采用合理风量通风技术;8401综放工作面供风量的合理的范围为1 400～1 755 m~3/min;同时得出8401综放工作面必须采取注氮措施,且保证工作面月推进度不小于36 m,该条件下注氮防灭火技术的应用效果最佳。     

架后充填沿空留巷工作面自然发火综合防治技术

小青矿E1404综采工作面为架后充填沿空留巷工作面,存在工作面推进速度较慢、沿空留巷墙漏风等与正常综采工作面不同的自然发火隐患。为防止采空区遗煤自然发火或E1403老采空区漏风自然发火,采取了合理配风、留巷墙喷浆漏、采空区喷洒阻化剂、充填河砂、采空区注氮等一系列综合防火措施,杜绝了自然发火事故发生,确保了小青矿E1404工作面安全顺利回采。     

多漏风汇高瓦斯综采工作面采空区防火技术实践

文章分析了多漏风汇高瓦斯综采工作面采空区自然发火的危险性,探讨了因采空区漏风而引起的高瓦斯工作面自然发火的防治技术。只有采用均压、控制工作面风量、加快工作面推进速度、增加密闭墙的密封性和工作面下口挂风帘等综合防火技术,才能保证此类工作面的安全生产。     

大角度旋转多层煤工作面立体防火技术

平煤股份七矿戊9-10-16070综采面为大角度旋转多层煤工作面,存在采空区浮煤多、推进速度特慢等多种自然发火因素。通过认真分析工作面的自然发火因素,采用了立体防火技术—架前喷洒阻化剂、架上打钻注MEA防火剂、架后埋管注水、采空区氧化带定点埋管注氮和动点拖管注氮的方法,有效地防止了采空区的自然发火。     

综放工作面过断层期间自燃火灾防治技术

以大水头煤矿东一采区108综放工作面过断层期间的自燃火灾防治为例,分析了综放工作面过断层期间火灾防治的关键问题。通过对煤自然发火实验以及采空区温度监测获得了108综放工作面煤最小自然发火期为42 d,采空区自燃"三带"分别为散热带0~46 m、氧化带46~63m以及63 m以后的窒息带。结合该矿的实际情况,采用加快推进速度、减少采空区漏风、工作面注浆、工作面注氮以及采空区气体及温度监测等手段,保证了该矿井过断层期间的安全生产。     

综采面最小安全速度的确定及应用

为预防采空区自然发火,利用煤自燃临界温度理论和数值模拟方法,以某矿31005综采面采空区为例,研究综采面最小安全推进速度。数值模拟得到不同推进速度下的采空区最高温度值,拟合得出推进速度与最高温度近似服从幂函数关系;以自燃临界温度值所对应的推进速度作为最小安全推进速度,最后以实际工作面的推进过程来验证该速度的准确可靠性。结果表明,以7刀/天作为工作面的最小安全推进速度合理准确,现场应用价值较高。     

葛亭煤矿俯采面采空区自然发火防治技术

针对俯采工作面采空区自然发火难题,以葛亭煤矿2313外上工作面为例,分析了工作面采空区自然发火危险,归纳了俯采工作面的自然发火特点,通过各项防火措施的对比,提出了注氮、注阻化剂等多种针对性预防措施,并加强了安全管理措施,火灾防治措施与管理措施并重,起到了良好的自然发火防治效果。     

伪倾斜柔性掩护支架采煤工作面自然发火综合防治技术

为解决林盛煤矿-675下延区工作面煤炭自然发火这一问题,本文分析了-675下延区1204柔性掩护支架工作面煤炭自然发火原因.提出了采用采空区灌沙浆、多种方式注白泥、采空区注氮等一系列防火措施措施,杜绝了发火隐患,成功安全回采.     

Minimum secure speed of fully mechanized coal face based on critical temperature of coal spontaneous combustion

The critical temperature theory of spontaneous combustion of coal and the numerical simulation method are used to explore the minimum secure speed of fully mechanized coal face to prevent the spontaneous combustion in goaf. Combined with the actual situation of workface 31005 in a coal mine, the highest temperatures in goaf at different advancing speeds were obtained by the numerical simulation of spontaneous combustion in goaf, and then a power function equation between the highest temperature and the advancing speed was achieved by regression analysis. The advancing speed corresponding to the critical temperature value was taken as the minimum safe speed of workface based on the equation. Finally, the accuracy and reliability of the speed were verified by the actual advancing process of workface 31005. The results of this research show that the new judgment method of the minimum safety speed has a higher value to be applied in the field.     

Numerical simulation of nitrogen injection of goaf in fire prevention based on Finite Volume Method

The numerical simulation is used to research the influence of nitrogen injection on spontaneous combustion in goaf. The spontaneous combustion mathematical model on the coupling of air flow field, oxygen concentration field, and residual coal temperature field was established with nitrogen injection in goaf. Then the software of numerical computation was programmed by Finite Volume Method. Combined with the example, the distributions of air flow field, oxygen concentration field and residual coal temperature field at different nitrogen injection volume were obtained by the software. The results show that the nitrogen injection could effectively prevent the spontaneous combustion fire in goaf and the highest temperature in goaf decreased with the nitrogen injection volume increasing. Finally, the accuracy of the numerical simulation was verified by the temperature observation in field. The achievement of this research is of theoretical and practical significance for the prevention of coal spontaneous combustion in goaf.     

综采工作面停产期间防灭火监测及管理

以长期停产的综采工作面为例,介绍了通风系统调整、封堵漏风通道、采空区蓄水、喷洒阻化剂及注氮防灭火等综合防灭火技术管理手段。以综采工作面架间温度、采空区温度,工作面架间CO,采空区、工作面回风巷CO及自然发火标志性气体为监测对象,经现场试验,综采工作面采空区及回风隅角CO浓度显著降低,综采工作面采空区温度显著降低。通过综合防灭火措施的有效实施,破坏了采空区遗煤自然发火所需的蓄热条件,杜绝了采空区自然发火隐患,取得了良好的防灭火效果,保证了综采工作面在停产期间的安全,为工作面后期正常安全回采创造了有利条件。     

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.     

红旗煤矿1510辅助系统注氮启封火区技术研究

采空区发生煤炭自燃不仅会威胁到工人的安全,还会引发瓦斯爆炸,造成严重后果。注氮防灭火技术作为煤层自燃防治手段之一,可以降低采空区内部氧气的浓度,缩小氧化带范围,降低事故率。本文对红旗煤矿1510辅助巷火区治理工作的成功经验进行总结分析,分析了氮气防灭火作用原理,通过分析1510辅助巷火区注氮方案,观测注氮后的数据,分析注氮前后火区的变化规律,从而得到一套安全可靠的同类型火区的注氮防灭火技术。     

动态推进工作面采空区自燃规律的数值模拟

基于非均质多孔介质中的连续性方程、多相气体渗流-扩散方程和综合传热方程,建立了工作面动态推进下的采空区遗煤自燃数值模型。结合实例条件,描绘了工作面开采推进过程中采空区内漏风流态、氧、CO、瓦斯和温度等分布状态及其动态过程。提出了工作面动态推进用各物理量分布后移的处理方法,使移动步距与时间动态过程相适应,实现了模拟计算在方法上的连续一体化。通过理论分析,发现采空区遗煤自燃与工作面推进速度呈指数关系,因而提高工作面推进速度能显著延长采空区内遗煤的自然发火期。     

孤岛综放面采空区“三带”数值模拟与实测研究

孤岛综放面在正常回采期间,四周均是采空区,具有复杂的多源多汇漏风通道,采空区后自燃"三带"的确定对防灭火具有重要的意义。根据孤岛综放面采空区的特点,分别通过现场实测和采用FLUENT软件数值模拟的方法,判定实际条件下运河矿1302孤岛综放面"三带"分布规律,为孤岛综放面自燃火灾的防治提供理论依据。     

Y形通风采空区注氮防灭火的数值模拟

基于非均质漏风渗流方程、气体（瓦斯、氧、CO）渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了开采区注氮采空区自燃防灭火非定常数值模型.用迎风格式有限元方法联立求解,通过计算机程序（G3）对Y形通风采空区注氮问题进行了数值模拟.描绘了Y形通风注氮采空区的漏风流态和瓦斯、氧、CO等气体浓度以及温度的分布状态及其变化过程;以图形方式给出了各量的区域分布解,分析了Y形通风采空区在注氮条件下特有的规律;给出了注氮与工作面推进的合理配比关系.在进风侧向采空区注氮,对于防止Y形通风采空区自燃效果明显.     

顶板长钻孔替代高抽巷抽采控瓦斯与采空区注氮防火耦合治理研究

高瓦斯矿井易自燃煤层,工作面受上隅角瓦斯超限与采空区遗煤自燃双重威胁。为解决高抽巷抽采瓦斯导致采空区氧化带面积变大、增大遗煤自燃危险性的问题,以顶板长钻孔替代高抽巷,配合进风巷侧注氮,通过对长钻孔参数与注氮参数的优化,进行防火与控瓦斯耦合治理的研究。以中兴煤业1401工作面实测数据结合ANSYS数值模拟,研究了长钻孔数量、位置对工作面上隅角瓦斯的影响规律,获得以5个直径300mm、距回风巷10m、距煤层底板15m的顶板长钻孔替代高抽巷的最优方案。在此基础上,为保障对采空区遗煤自燃的有效控制,研究了注氮量与注氮位置对采空区氧化带分布的影响规律,获得在进风巷侧氧化带与散热带分界位置注入5.5m3/min的氮气,将采空区氧化带宽度降至25m的优选结果。通过对上隅角瓦斯与采空区遗煤自燃的综合控制,保证了工作面的安全生产。     

非间隔式注氮防灭火工艺的设计与惰化效果分析

注氮防灭火是预防采空区煤自燃,惰化火区的主要方法。传统的埋管注氮过程中注氮点在空间上存有间隔,N2在采空区未形成连续性分布,惰化效果差,注氮量大,而且注氮管不能回收,造成极大的资源浪费。基于采空区注氮管的抗剪切能力优于抗拉能力这一原理,具体设计了旋转牵引方式的非间隔式注氮防灭火工艺,可使注氮点与采煤工作面保持同步移动,从根本上解决了传统埋管注氮方式中存在的重大缺陷,实现了采空区中N2的连续性分布和注氮管材的回收。以塔山矿8104工作面为例,数值模拟并对比分析了非间隔式注氮与传统埋管注氮的惰化效果。结果表明:非间隔式注氮防灭火可有效减少采空区氧化带宽度,惰化效果明显。同时,基于卸荷拱原理与非开挖管道定向穿越技术中穿越管段回拖力的计算方法,得到非间隔式注氮防火工艺牵引动力计算公式。