采空区遗煤自燃带确定及风流场数值模拟

对采空区遗煤状态进行实测与分析 ,并采用有限元数值模拟方法求解综采放顶煤工作面采空区遗煤内的风流运动规律的二维非线性渗流方程 ,从而较为有效地反映出采空区遗煤中风流压力和速度分布情况 ,结合实例 ,给出采空区内自燃发火影响带与工作面供风风量的关系     

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.     

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。     

分阶段放顶煤对采空区漏风控制作用

为预防采空区自然发火和摆脱工作面相邻破坏区火灾威胁,借助数值模拟手段,充分对比分析全断面放顶煤和分阶段放顶煤对采空区氧化带和漏风矢量的影响规律.研究结果表明:分阶段放顶煤技术能够显著降低采空区漏风速度,能够明显改变漏风方向,降低向采空区回风侧的漏风,可以使上端部自燃氧化带范围降低为原来的1/3左右.各项指标优势明显,充分论证说明分阶段放顶煤对采空区漏风的控制作用和工作面回采期间安全穿越巷道附近老火区具有重要作用和意义.     

束管系统在采空区自燃规律研究中的应用

林南仓矿所采各煤层均属于自燃煤层.放顶煤开采采空区遗煤较多,加之漏风通道较多易造成采空区遗煤发生自燃.利用束管系统对1226采空区气体成分进行了测定分析,得出了该工作面采空区煤炭自燃的发火规律,为合理选择预防采空区煤炭自燃的措施提供了科学的理论依据.     

基于COMSOL的采空区瓦斯埋管抽采抽采口位置研究

针对朱家店矿101综放工作面采空区瓦斯埋管抽采能效控制工作面瓦斯涌出量,但同时也会引起采空区遗煤自燃加速的问题.采用理论分析与数值模拟相结合的方法,以煤层瓦斯流动理论为基础,通过COMSOL数值模拟软件分析在不同抽采口位置时,采空区自燃"三带"的变化情况及瓦斯浓度分布情况,最终确定合理的抽采口位置.研究结果表明:随着抽采口远离工作面,氧化带宽度逐渐增大,采空区最大瓦斯浓度则先降低后增加;结合现场实际,当抽采流量为25 m3/min时,最佳的埋管抽采抽采口位置为距工作面40~50 m处.     

综放采空区自然发火规律动态数值模拟

数值模拟是研究煤层自燃规律,实现自燃预测预报的重要方法.建立了含自然对流、强制对流及扩散的传质、传热与煤氧化相耦合的采空区自燃数学模型;通过现场监测确定了陈家沟煤矿下分层综放开采时,采空区自燃数值模拟相关区域的范围及其边界条件;实验测定了陈家沟矿煤样在不同温度时的耗氧速度和氧化放热强度,并按照Arrhenius定律拟合出其函数关系式;在此基础上实现了采空区自燃的动态数值模拟.开展了系列数值模拟实验,得到了不同工作面推进速度时采空区空气渗流速度场、浓度场及温度场随时间的变化规律.研究得到不发生煤层自燃的工作面最小推进度为3 m/d,当工作面推进度长期小于3 m/d时,采空区进风侧首先出现煤层自燃.     

综放采空区抽放条件下自燃"三带"分布规律

主要从抽放条件下综放采空区的特点出发,对综放采空区抽放条件下的自燃危险区域进行划分。利用大型煤自然发火实验台,对铜川下石节煤样自燃特性参数(耗氧速度、放热强度和煤层最短自然发火期)进行了实验测定,为抽放条件下综放采空区渗流场的数学模拟提供了基础数据;建立了抽放条件下采空区渗流、氧化和扩散的数学模型,并利用数值模拟对该模型进行求解,得到了抽放条件下综放采空区内的氧浓度分布和漏风强度变化规律;利用数值模拟得到的氧浓度和漏风强度分布结果,结合自燃特性参数,对抽放条件下自燃"三带"进行划分,确定了综放工作面的极限推进速度,为高瓦斯矿井采空区早期自然发火预测及火区治理提供依据。     

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。     

移动坐标下采空区流场及遗煤瓦斯浓度场分布

为揭示"U"型通风方式下采空区流场及遗煤瓦斯体积浓度场分布规律,采用数值模拟与现场实测对比验证的方法进行研究,利用UDF接口将工作面推进过程添加到CFD计算模型中,建立基于移动坐标下的采空区遗煤瓦斯渗流计算模型,将数值模拟结果与平顶山煤业(集团)公司十矿"U"型通风下20130综采工作面瓦斯涌出实测结果进行对比分析.研究结果表明:工作面推进速度越快、工作面进风巷风速越小,采空区瓦斯体积浓度和回风巷瓦斯体积浓度越高,数值模拟结果与现场实测结果相一致,验证了数值模拟结果能够真实反映实际现场情况.