巷道高冒区自燃火灾综合防治技术实践

简要介绍了巷道高冒区发火情况,分析了导致高冒区发火的原因,提出了有效的治理方案,对治理效果进行了分析和评价.     

煤自燃过程的动态数学模型及数值分析

通过煤自然发火实验和松散煤体粒度与氧化自燃性关系实验，推算出煤自燃过程中一些特性参数的计算公式．根据多孔介质流体力学、传质和传热学理论，建立了松散煤体漏风流流场、氧浓度场和温度场的数学模型．通过实验和理论分析，建立了松散煤体自然发火的三维动态数学模型，分析了模型边界条件的确定方法，并采用有限差分法对二维模型进行了数值求解．     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

圆柱形煤自然发火实验台的数值模拟研究

XK型煤低温自然发火实验台能够较好地模拟实际条件下煤体的自燃过程，但由于受模拟实验用煤量大、周期较长、费用较高等条件的限制，不可能对各种不同条件下的煤样自燃过程进行多次实验模拟。为此，本文根据圆柱形实验台结构特点和煤样自燃特点，建立圆柱形实验台煤样自燃过程二维数学模型；然后，应用有限差分法对自然发火模型进行数值计算。最后，以兖州东滩矿煤样自然发火实验为基础，对圆柱形煤样自燃过程进行数值模拟，其结果与实验基本一致。     

煤巷高冒区自燃升温特征的数值模拟

为了了解煤巷中高冒区由自燃引起的温度变化规律,利用数值方法分析了高冒区内漏风趋势,以及100 m长度煤巷温度受高冒区自燃的影响,并与热成像采集数据进行了比对.结果表明:迂回进出高冒区的漏风引起温度上升,高温区位置与以漏风风速标准划分的易自燃区吻合;高冒区自燃会沿风向引起下游碎煤同时升温,并连成一片;充分供氧前,风速提高会加快高冒区升温速率,充分供氧后,则反之,而孔隙率对升温速率影响仅体现出单调增减关系.依据研究结论,控制煤巷自燃首先应对高冒区及时密闭,完全密闭情况下可显著降低高冒区内温度,并防止由自燃衍生出的二次高温区,条件允许时应尽量延长密闭墙长度.     

大倾角厚煤层综放开采颗粒元分析

应用PFC2D计算程序,对某矿水平与倾斜联合布置的折线型综采面,分析了散体顶煤和破碎直接顶的落放过程及落放形态,揭示了不同放煤步距连续推进模式下的煤损动态特征,并对不同放煤顺序的顶煤回收率及支架受力工况进行了优化分析. 研究表明:折线型综采面采用自上而下的回采顺序,顶煤回收率高,支架受力均匀;低位单口放煤时,放出体形态向采空区侧偏转;在支架连续推进过程中,煤损形态节律性变化;大倾角厚煤层综放开采,采用中档放煤步距的经济技术效果较好.     

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。     

无煤柱综放面沿空巷道煤层自燃过程数值模拟

根据综放面巷道的自燃特点,简化了巷道煤层自然发火物理模型,建立了巷道自燃过程二维数学模型,提出了巷道断面煤（岩）不同区域的非均质处理方法以及模型主要参数的定量测算方法。然后,应用有限差分法对自然发火模型进行数值计算,并开发了计算程序,最后,以东滩矿４３０８综放面沿空轨顺自然发火为例,证明该模型基本能满足现场自燃预测的需要。     

大倾角厚煤层综放开采顶煤移动规律与破坏机理的离散元分析

应用UDEC2D计算程序,对某煤矿大倾角厚煤层综采放顶煤的空间效应及其放煤机理进行了数值模拟,揭示了在综放开采过程中采场覆岩与项煤的移动规律及相应的应力场、破坏场的变化特征,并对控顶区顶煤的变形破坏特征及直接顶的离层跨落步距进行了分析.     

煤低温自燃发火的热效应及热平衡测算法

煤在低温自燃发火过程中的热效应是多种多样的,但主要是煤与氧的化学反应热.通过装煤850kg的大型煤低温自燃发火实验台模拟煤自燃过程,根据实验台测定的温度场变化和传热学理论,推导出计算不同温度时松散煤体低温氧化放热强度的热平衡测算法.通过对不同煤样的自燃发火测试,利用该方法推算出不同的煤在相同温度下的放热强度,为煤自燃特性的定量分析及自燃发火预测提供了理论依据.图1,表1,参8.     

预报煤炭自燃的CO指标气体临界值研究

CO气体作为预报煤炭自燃的指标气体在煤矿中已被广泛使用,但有些矿井回采面上隅角始终存在CO气体,甚至超出矿业安全规定的临界指标,特别是在综采或综放工作面这一现象更明显,尽管采取多种防灭火措施,只能使CO气体涌出量减少而不能消除CO的产生,为了解其原因,在实验室做了不同煤种低温氧化实验,通过实验发现有些煤种在常温氧化条件...     

放顶煤开采采空区自然发火数值模拟的应用研究

本文针对新峪矿5112工作面的特征,根据采空区内的气体质量守恒和浮煤与气体的能量守恒利用数学方法建立采空区内流场方程、氧浓度场方程和温度场方程,并根据采空区的实际状况设定相应的边界条件,得到采空区内的温度分布,从而预测在不同的条件下预测采空区内自然发火状况.结果表明,该煤层注入阻化剂后采空区煤自然发火危险性均有大幅度降...     

深井伪俯斜综放采空区漏风规律数值模拟

随着矿井开采深度增加,开采强度越来越大,地温的升高,带来了系列的灾害现象.本文分析了深井伪俯斜综放采空区自燃防治的难点,研究厚煤层伪俯斜综放采空区的漏风特征,对山东星村煤矿103综放面采空区进行现场观测,建立了采空区漏风数学模型和自然发火预测模型,对其漏风规律进行数值模拟,确定了103工作面的合理供风量,使得工作面和进风端头的压力和采空区高差产生的自然压力大致均衡,有效减少和控制向采空区的漏风,防止了采空区浮煤自燃.     

综放采空区二氧化碳防灭火参数确定

为了实现快速惰化采空区抑制煤氧化而解决针对煤层自燃火灾的防灭火参数问题,采用数值试验方法,通过建立综放采空区注二氧化碳条件下渗流场和浓度场的三维模型,研究了注二氧化碳121不同位置、不同流量时综放采空区自燃"三带"的分布规律.结果表明:最佳注二氧化碳口位于进风顺槽距工作面约20m的采空区,注二氧化碳后氧化升温带最大宽度由进风侧移动到工作面中部,随注二氧化碳流量增加,采空区氧化升温带的最大宽度近似呈线性降低,据此提出了注二氧化碳最小流量的计算方法.该成果对煤层自燃火灾的防治具有一定的参考价值和指导意义.