综采放顶煤工作面采空区自燃区的划分

依据采煤工作面上覆岩层采动裂隙分布的“0”形圈及实际观测，把综采放顶煤工作面采空区的自燃分为易自燃区、自燃区、不自燃I和不自燃Ⅱ区，客观地反映了综采放顶煤工作面采空区自燃，对煤层自燃的防治有重要的意义。     

综放面间歇式开采注氮对采空区氧化自燃区域的影响研究

为解决杨村矿间歇式开采且工作面推进速度慢而导致采空区遗煤自然发火危险性大的问题,探讨了杨村矿采用注氮方式预防煤自燃的可行性,并采用数值模拟确定了杨村矿采空区注氮参数以及注氮后采空区自燃危险区域。结果表明:未注氮时杨村矿316工作面采空区氧化升温带在进风侧40~110 m范围内,回风侧在10~40 m范围内。采取注氮措施后采空区氧化升温带起始位置向工作面移动,氧化升温带终止位置向采空区浅部方向大幅移动,氧化升温带宽度显著减小,进风侧最大减少80%,回风侧最大减少27%.正常开采期间采空区的最佳注氮量为400 m~3/h,最佳注氮位置为进风侧采空区深度40 m处,注氮后采空区氧化升温带范围为25~73 m,宽度为48 m.在停采期间,采取在上下隅角建密闭墙的方式,在采空区内深度30 m处连续注入400m~3/h的氮气,可将氧化升温带宽度缩小到32 m,有效的抑制了采空区煤自燃。     

综放采空区注二氧化碳工艺优化数值模拟研究

为了研究综放工作面采空区注二氧化碳对采空区遗煤自燃的惰化情况,通过建立综放采空区渗流场几何模型,采用数值模拟方法,研究了注二氧化碳不同压注位置、不同压注流量时对采空区的惰化情况。结果表明:选择压注口位置为距离工作面60 m处、压注流量为750 m~3/h时,注二氧化碳对采空区惰化效果最好,该应用成果对二氧化碳防治煤自燃有一定的参考意义。     

复杂沟通条件下遗煤自燃规律的数值模拟

为了解决复杂沟通条件下遗煤自燃的防治问题,应用数值模拟方法对放顶煤采空区遗煤自燃规律进行了研究.建立了放顶煤采空区遗煤自燃数学模型,并对复杂沟通条件下的放顶煤采空区遗煤自燃规律进行了数值模拟研究.在深部内部漏风边界有高氧浓度时,采空区自燃位置有两处,当考虑老空区内部瓦斯浓度很高和老空区耗氧情况,采空区自燃位置只有一处.只有注氮与阻化联合使用,才能避免放顶煤采空区遗煤自燃的发生.遗煤自燃发火期与工作面推进速度成正比关系,与工作面风量、遗煤氧化速度常数成反比关系.该研究对放顶煤采空区遗煤自燃的防治具有一定的指导意义.     

采空区注氮防灭火参数研究

根据传热学和化学动力学理论,推导出采空区下限氧浓度和氧化带宽度的计算方法,并分析了煤自燃与氧浓度、氧化带宽度与漏风强度的关系.在此基础上,对采空区注氮后相关参数的变化规律进行了定量研究.根据理论推导,确定出防治采空区浮煤自燃的最佳注氮参数,为采空区注氮后自燃火灾的预测及防治提供了理论依据.参4.     

综放面采空区遗煤自燃危险区域判定方法的研究

根据大型煤自然发火实验测定的松散煤体放热强度和耗氧速率，通过测定采空区氧浓度分布状况，推断出采空区漏风强度分布规律。根据能量守恒原理，结合采空区实际的浮煤厚度、漏风强度和氧浓度的分布，提出了采空区遗煤自燃极限参数的计算方法，构建了煤自燃危险区域判定的必要条件，根据采空区氧化升温区的宽度和遗煤最短自然发火期，提出了能引起自烯的最小推进速度计算方法，从而构建自烯危险区域判定的充分条件，采用煤自然发火二维数学模型，推算出实际生产条件下采空区自燃危险区域的最短自然发火期。     

回采情况下采空区煤自燃温度场理论与数值分析

为了从理论基础上研究煤自燃基础参数对煤自燃的影响,通过建立动坐标系下采空区煤自燃数学模型来掌握工作面回采时采空区煤自燃的过程.该模型结合煤自燃极限参数计算方法和热传导理论,计算简化后的自燃数学一维模型解析解,利用一维数值计算,分析不同参数对采空区煤自燃的影响.研究结果表明:增大回采速度,可以有效地减低煤温;浮煤越厚,漏风速度越大,煤越易自燃;当遗煤放热量与温度成正比时,距离工作面越远的点其温度越高,且呈指数形式增加;当发热量为常数时,采空区距离工作面越远的点其温度越高,且呈线性形式增加;考虑到沿采空区的深部方向,氧气浓度逐渐降低,遗煤放热量随着深度增加而逐渐减少,该数值结果与实际结果较接近;由于采空区是一个立体几何空间,采空区温度场与氧气浓度场、速度场存在耦合作用,因此,有必要基于三维或二维数值模拟技术继续深入研究回采情况下采空区煤自燃.     

注氮防炎时采空区气体变化与“三带”分布状况的检测

在采煤工作面正常生产情况下,通过埋设在采空区的取样管道,对注氮前及注氮时气体定期取样,得出不同采空区深度的气样参数,结合采空区遗煤自燃氧化理论,进行定量定性分析,得出“三带”的分布情况,为综放工作面注氮防火参数的确定及注氮效果的检验提出了可靠的依据。     

注氮防火时采空区气体变化与"三带"分布状况的检测

在采煤工作面正常生产情况下 ,通过埋设在采空区的取样管道 ,对注氮前及注氮时气体定期取样 ,得出不同采空区深度的气样参数 ,结合采空区遗煤自燃氧化理论 ,进行定量定性分析 ,得出“三带”的分布情况 ,为综放工作面注氮防火参数的确定及注氮效果的检验提出了可靠的依据。     

天池矿102综放孤岛工作面以风治火技术

 为了防治天池煤矿15#煤层102 综放孤岛工作面采空区煤炭自燃发火,基于采空区自燃“三带”划分标准和数值模拟的方法,采用流体力学COMSOL 计算软件,研究了工作面不同进风量时采空区氧化升温带的变化规律,确定了氧化升温带的范围,得到工作面供风量与氧化升温带宽度的拟合曲线。通过现场实践,研究了加强封堵和均压等以风治火技术对103 回风闭墙采空区CO 体积分数的影响。研究结果表明,U+I 型102 工作面采空区自燃发火主要是由采空区漏风引起;氧化升温带宽度随着工作面供风量的增加而增加;均压后,103 回风闭墙采空区的CO 体积分数由最开始的超过20×10^-6降至5×10^-6。在102 综放孤岛工作面的现场实践表明,运用以风治火技术防治天池煤矿采空区遗煤自燃是可行的,对于类似综放孤岛工作面防止遗煤自燃有一定借鉴意义。     

三相泡沫防治煤炭自燃的特性及应用

介绍了三相泡沫的防灭火特征,分析了三相泡沫的覆盖效果和阻化特性,实验研究了三相泡沫扑灭多孔介质中的高位火源. 结果表明,靠大流量的三相泡沫不断渗透、堆积和扩散,能将整个采空区完全覆盖,可防治采空区内任何位置的火源. 根据矿井采空区及三相泡沫的特性推导出三相泡沫的扩散距离、注浆管出口离工作面的距离及连续注三相泡沫的时间. 通过三相泡沫在大兴煤矿N2 703综放工作面的实际应用,提出了向采空区预埋管注三相泡沫的方案,并成功地防治了该面的煤炭自燃.     

回采工作面防火监测措施

针对平庄煤业集团六家煤矿回采工作面采空区遗煤极易自燃问题,对回采工作面采空区采取了束管监测的措施,同时利用温度传感器对采空区温度进行了监测。通过这两种措施可分析综放工作面采空区自燃"三带"的分布规律,对预防采空区自燃具有指导意义。     

生产工作面采空区煤炭自燃综合治理研究

在理论分析和实验研究基础上 ,分析了沛城煤矿生产工作面采空区煤炭自燃的原因 ,理论分析了气雾阻化预防煤炭自燃的阻燃原理 ,实验研究了煤的外在水份和阻化液含量对煤自燃阻化效果 ,介绍了沛城煤矿生产工作面采空区煤炭自燃综合治理的应用效果 ,提出了采用气雾阻化技术应注意的问题。     

五种工作面通风方式的采空区渗滤流场研究

本文采用水力学模型实验方法,模拟了U.W.Z.Y和H型工作面通风方式的采空区渗滤流场。提出了与采空区遗煤自燃的相关参数为采空区易燃风速带的最大宽度D_(max),实验得出了W型通风方式D_(max)最小,这与计算机模拟的结果一致。因此,从预防采空区遗煤自燃方面采说,W型通风方式优于其它几种通风方式。     

基于分形理论的采空区遗煤孔隙率研究

自燃是煤矿的主要灾害,采空区自燃直接影响到回采工作面的生产,甚至能够造成严重的恶性事故。遗煤的存在是造成采空区自燃的根源,采空区内遗煤属于颗粒堆积型多孔介质范畴。由于遗煤颗粒形状相似但粒径大小差别巨大,具有分形特征。本文基于分形理论建立了采空区遗煤的粒径质量分布分形维数模型,并从实际的采空区内取煤样进行筛分对粒径分布特征进行了分析,通过分析计算得出六合煤矿和阜生煤矿的分形维数分别为2.2596和2.0554。分析影响煤自燃的孔隙主要是外部孔隙,对筛分出来的不同粒径的煤进行了外部孔隙率的测定,结合粒径分布的分形维数,对采空区遗煤的孔隙率进行了分析。通过研究粒径分布分形维数来分析采空区内的孔隙率分布,为采空区内孔隙率的研究提供了一个新思路。     

近距离煤层采空区自然发火预测模型研究

根据近距离煤层采空区渗流及扩散数学模型,利用东荣二矿近距离煤层采空区的特征,对该近距离煤层采空区作出了相应的假设,并利用近距离煤层工作面的现场观测数据,进行数据拟合,得出了相应的函数方程,建立了近距离煤层采空区自然发火预测模型.利用CFD软件FLUENT6.0进行解算,得出了近距离煤层采空区氧浓度变化值、速度变化值、压力变化值等结果,与实际相符.图2,参8.     

采空区漏风及残煤瓦斯涌出对采场气流的影响

在国内外文献调研的基础上,通过渗流力学、岩石力学、采矿工程等多学科交叉,采用理论分析、数值计算结
合的方法,建立了煤矿采空区瓦斯流动数学模型。采用CFD 技术对漏风流分布及瓦斯浓度场进行研究,获得了整个
工作面上风流的速度和瓦斯浓度的分布情况,得到了漏入采空区和采空区返回工作面风流较为集中的范围,采空区漏
风量与工作面风量之间的变化关系,漏风流速沿采空区衰减规律,确定了整个工作面上瓦斯浓度最高的地方为回风隅
角,采空区内瓦斯浓度最高的区域也是整个采场瓦斯浓度最高的区域。通过对不同送风量的模拟研究,描述了瓦斯浓
度的运移趋势,得到了回风隅角瓦斯浓度与送风量的关系,并且发现近风侧瓦斯浓度梯度较大,增大送风量能降低近
回风隅角瓦斯浓度,但是会增加遗煤自燃的风险。揭示了采空区漏风和残煤瓦斯涌出对采场气体流动的影响规律。     

采空区自然发火危险区域判定

针对采空区煤炭容易发生自燃问题,且采窄区发火危险区域尚不明晰,通过对采空区内气体监测以及建立采空区流场和温度场耦合数学模型,采用该模型对采空区自然发火数值模拟,判断出发火危险区域位置,从而对煤炭安全高效生产起到良好的指导作用.     

凝胶泡沫防灭火材料的研制及应用

由于大倾角坚硬顶板煤层采空区地质条件复杂,漏风规律复杂多变,因而煤自燃危险性较大,必须采取有针对性的防灭火措施。通过理论分析和实验研究,确定了凝胶泡沫材料中合适的发泡剂、稳泡剂、胶凝剂、交联剂。通过实验得到凝胶泡沫材料的最佳配方为:发泡剂为月桂酸钠和SDS按2:3比例复配,浓度为0.6%;稳泡剂CMC浓度为0.1%;胶凝剂AM浓度为0.3%;交联剂MBA浓度为0.3%。经过程序升温实验和封堵实验,该凝胶泡沫具有优良的防自燃阻化性能和封堵性能。在东龙煤矿7162工作面采空区灌注凝胶泡沫材料进行防灭火。现场监测结果表明,凝胶泡沫材料有效抑制了采空区自燃,保证了安全开采。