综放面巷道煤层自燃危险区域判定方法

根据大型煤自然发火实验测定的松散煤体放热强度，耗氧速率，粒度影响函数，研究了对流换热系数与巷道供风量的关系，结合现场实测的煤体温度，空气温度，巷道几何尺寸，供风量和松散煤体内氧浓度等参数，应用能量守恒原理，提出了巷道顶煤和松散煤柱自燃的极限参数计算方法，建立了巷道煤层自燃危险区域的判定条件及划分方法，给出了不自燃区域，可能自然区域，易燃区域和极易自燃区域的量化指标。     

大断面全煤巷高冒区自燃过程的三维数值模拟

通过对大断面全煤巷道高冒区特点和影响煤炭自燃因素的分析,根据多孔介质流体动力学、传热和传质理论,建立了高冒区松散煤体自然发火过程三维数学模型。以枣泉煤矿11201面巷道高冒区为例,利用Fluent软件进行了数值模拟,得到了遗煤不同时间各位置的温度场和氧浓度场分布,分析了高冒区自然发火的过程及高温区域的移动规律,明确了高冒区松散煤体的中下部区域为最易自然发火区,是现场防治高冒区自然发火的重点区域。现场实测数据验证了数值模拟结果的合理性。     

东滩煤矿3层煤自然发火特性的实验研究

结合东滩煤矿的现场实际,采用ZRM-15型煤自然发火实验装置对东滩矿煤样进行了历时78 d的煤自然发火实验,模拟了从常温至452.7℃煤自燃的全过程,掌握了煤自燃高温区域的发生、发展及其动态变化过程和指标气体体积浓度随温度的变化趋势。实验结果表明：实验装置内煤体高温点动态变化的总趋势是由煤体中上部向下部移动。氧化初期,距供风表面一定距离的炉体中上部温度变化较快;随着煤氧化时间加长,温度变化较快的区域不断向进风侧移动,高温点最终移至供风侧煤体表面,形成明火。     

煤自然发火过程温度、氧浓度的时空演化规律

为研究煤自然发火过程不同区域的动态发展规律,使用大型煤自然发火实验台测试松散煤体在恒风量条件下从常温至140℃的氧化过程,分析了温度、氧浓度在时间及空间上的变化规律。结果表明:松散煤体自燃过程温度随煤体高度的变化在不同温度阶段趋势差异较大,高温点由煤体中部位置向着进风侧方向移动;不同煤体高度温度与时间呈现指数增长,70℃前后煤体呈现缓慢和快速增长分阶段特性;松散煤体进风口和出气口两侧氧体积分数18%以上,温度超过70℃后,不同煤体高度的氧浓度随时间增长逐渐下降。     

沿空侧煤柱耗氧-升温的三维数值模拟

为研究综放工作面沿空侧破碎煤柱耗氧和释热对自燃发展过程的影响,构建反映煤柱内部氧化升温关系的三维数值模型,利用FLUENT软件对其流场分布进行数值解算.研究结果表明:巷道内空气向顶煤和煤柱渗流—扩散效应明显,渗流影响范围从进风口向出口递减,破碎煤体具有比煤层更好的氧化条件.高温区在空间上位于进风处附近,煤体内部升温速率不但随着时间的增加呈现加速,整体温度分布也有上移的趋势.在煤质一定的情况下,巷道风速会使自燃更加恶化.该研究结论可以在现场防火工作中,事先对煤体破碎程度、释热能力、巷道风量和氧化时间进行综合评估,缩小火源探测范围,提高防火工程效率.     

松散煤体内CO_2渗流规律试验

利用液态CO_2进行煤矿火灾防治,具有显著的惰化降温效果,而松散煤体内CO_2的渗流是分析其传质传热过程的基础。为分析承压状态下CO_2气体的物性参数特征以及松散煤体内渗流规律,采用松散煤体渗透系数测定装置,对不同粒径、压注压力和孔隙率下CO_2气体的渗透特性进行了试验。结果表明:松散煤体中的CO_2渗流存在明显的非线性渗流特征,符合非达西理论;孔隙率小的煤样压力梯度大于孔隙率大的煤样,颗粒间的空隙是渗流的主要通道;相比于孔隙率和压力,煤体粒度是影响渗流特征关键因素,煤体粒径越小,CO_2在松散煤体中渗流越困难;压注压力越大,CO_2密度和动力粘度越大,导致CO_2在煤体中渗透率增大,而非达西因子减小,因此对CO_2在松散煤体中的渗流影响不大。通过数据拟合,CO_2的渗透率和非达西因子与孔隙率、粒径成幂指数关系,并得到了基于粒度和孔隙率下用于描述松散煤体内CO_2气体渗流的一般理论方程。     

程序升温条件下煤炭自燃特性

通过程序升温实验研究了煤炭的自燃特性，测定了不同粒度煤样在不同温度下产生CO，CO2等气体的浓度，讨论了指标气体的选择，分析了CO，CO2等气体浓度随温度的变化规律，得到了耗氧速度与煤温及煤温及煤体粒度的关系，结果表明，煤体粒度越小，温度越高，则煤氧复合的强度越大，本实验的研究结果对煤矿火灾的防治具有指导作用。     

煤自燃过程气态产物产生机理

为了能够更加有效地利用气态产物预报煤的自燃过程,需要对煤自燃过程产生气体的机理进行深入研究.利用实验模拟出煤自燃气态产物的产生过程,得出其规律是:不同指标气体开始出现的温度不一样,同一指标气体在不同煤体中出现的温度不同.对煤低温氧化过程微观结构、自由基浓度与煤体温度之间的变化规律的分析,并以煤自燃自由基和逐步自活化反应为理论基础,提出了新的煤自燃过程气态产物产生机理,即煤中不同活性结构在不同温度下被活化发生氧化反应,在发生氧化反应时该类结构发生断裂形成自由基.不同自由基之间,自由基与氧之间相互发生反应,形成不同的指标气体从煤体中释放出来.图3,表4,参12.     

佳瑞煤矿采空区煤炭自燃标志性气体实验研究

佳瑞矿15101工作面属于近距离煤层开采,采空区为松散煤岩混合体。实验室开展了14#、15#煤的程序升温实验,分析了煤自燃过程中各气体的生成量与温度之间变化规律。结果表明:两个煤层自燃生成的CO、C2H4、CH4等气体变化规律基本相同,C2H6气体变化规律差异明显。综合确定了佳瑞矿采空区煤炭自燃标志性气体指标为CO、C2H4及C2H2,为预防采空区煤炭自燃提供了依据,有效保障煤矿的安全高效生产。     

巷道松散煤体粒度的模糊评判

煤体粒度是巷道煤层自然发火的主要影响因素,由于其受煤体硬度、地质构造、矿压显现、采煤方法等多种因素影响,在井下精确测定十分困难,通常根据经验划分一个范围,但误差较大。本文从煤体粒度的各影响因素入手,采用层次分析和模糊评判相结合的方法,并依据最大隶属度原则,对实际条件下巷道松散煤体的粒度等级进行了综合评判,提高了评判结果的可靠性和准确性,通过工程实例,验证了评判方法和结果的正确性,从而为巷道松散煤体自燃危险区域判定及发火期预测提供了依据。     

非均质孔隙率采空区氧化升温规律四维动态模拟

运用Fluent动网格模型实现采空区的四维动态变化,并用用户自定义函数将煤低温氧化动力学机理及非均质孔隙率函数编入Fluent中,结合时间和空间,对U+L型通风系统采空区升温规律进行四维动态模拟研究.研究表明：非均质孔隙率四维动态模型能更真实地反应孔隙率的空间与时间变化,空间某一位置的孔隙率随时间呈负指数递减;工作面推进速度越大,采空区升温速率越小,推进速度为3.6 m·d-1时平均升温速率仅为推进速度为1.2 m·d-1时的1/5;然而,推进速度越大,高温点的深度越大,不利于自燃的预防;尾巷的存在使得温度场范围扩大,温度升高,CO主要从尾巷流出,尾巷释放的CO量是回风巷CO释放量的10倍.最后利用现场实测的数据对结果进行验证,表明模拟结果是正确可信的.     

联络巷对采空区氧化升温带影响的多场耦合模拟研究

在U+L型通风条件下,联络巷的存在对采空区遗煤自燃有重要的影响.为保证矿井安全生产,并为预防遗煤自燃提供依据,根据煤体低温氧化的反应机理,使用UDF将煤氧反应的机理编入FLUENT,对联络巷存在时采空区氧化升温带的分布规律进行多场耦合数值模拟研究.结果表明：联络巷的存在使采空区内风流场、氧浓度场及温度场都发生变化,氧化升温带不仅向回风侧偏移,而且向采空区深部移动且变宽;联络巷与工作面的距离影响氧化升温带的宽度,联络巷距工作面20 m时氧化升温带宽度最大约为25 m;反应进行10 d后,U+L型通风下采空区高温点的升温速率可达1.24 K·d-1,是U型通风的1.5倍,但联络巷相对工作面的位置对高温点几乎没有影响;与U型通风时相比,U+L通风时回风侧的温度场中联络巷口温度最高,而且比U型通风时相同坐标位置的温度平均每天高出4 K,随着联络巷与工作面距离的不断增加,联络巷口升温速率由0.1K·d-1可升至0.9K·d-1,这在整体温度场中虽然不属于高温区域,但具有很好的升温潜质.     

巷道煤柱自燃温度场数值模拟与火源定位的研究

对于巷道自然发火,我国当前煤矿现场往往采用试探法打钻,然后灌注泥浆或水实施救灾.但在救灾时,准确确定火源位置是救灾关键;由于影响条件的复杂性,目前对相关机理的研究未进行深入研究.针对这一问题,论文针对巷道自燃可能的5种自燃情形,采用动态数值模拟方法研究巷道自燃后温度场和温度曲线图的分布,得出了不同火源位置,巷道表面温度分布规律为当前煤矿现场救灾确定火源点、实施打钻注浆灭火时提供技术指导.图11,参8.     

巷道冒落区瓦斯积聚的数值模拟及应用

巷道冒落区的瓦斯积聚,既可能会引起瓦斯燃烧或爆炸,又会导致煤自燃,同时瓦斯随风流进入巷道也会引起事故,构成煤矿安全生产的重大隐患。文中采用计算流体动力学软件FLU-ENT对巷道冒落区的瓦斯积聚和扩散情况进行了数值模拟,重点比较了不同风速条件下瓦斯积聚的差异。巷道风速越大,瓦斯积聚越弱,但是风速高于临界风速时,并不能显著地降低积聚瓦斯的最高浓度;同时模拟结果表明冒落区内设置导风板对稀释积聚瓦斯具有良好的效果。模拟结果进一步验证了实际预防冒落区瓦斯积聚措施的合理性和科学性。     

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.     

基于侏罗纪煤低温氧化特性自然发火技术分析研究

西北地区侏罗纪煤可采储量巨大,煤层自燃倾向性大,而侏罗纪煤层自燃机理研究落后于东部和华北的石炭二叠纪,因此了解西北地区侏罗纪煤层自燃研究现状对确立今后西北侏罗纪煤层自燃研究方向和完善煤层自燃理论体系具有重要意义。本文查阅参考了大量文献,总结了西北地区侏罗纪煤岩特征,详细阐述了侏罗纪煤的低温氧化自燃特性,并将现有的煤层自然发火模型推广应用到侏罗纪煤层,最终提出了侏罗纪煤实验室研究、数值模拟和现场实践的合理化建议。     

金刚煤矿矸石山煤矸石自燃机理分析

通过对金刚煤矿矸石山各类煤矸石样的H2O2氧化升温速率实验、实气氧化升温速率实验研究和对矸石山各类煤矸石各种形态硫的定量分析,以探索金刚煤矿矸石山煤矸石的自燃发火机理,从分析可见金刚煤矿矸石山煤矸石中硫铁矿含量很高,而硫铁矿中FeS2被空气中的氧气氧化并释放出大量的热量。热量不断积累、蓄热,当热量蓄累到一定温度时,煤矸石中的挥发分析出并着火燃烧,从而导致矸石山煤矸石的自然。     

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。