综放面自燃危险区域及最小推进速度的确定

通过实验测定煤的自燃特性参数；由现场观测和理论分析确定综放面采空区浮煤、漏风和氧浓度的分布情况，然后根据实际条件下浮煤自燃的极限参数，将采空区划分为窒熄带、氧化升温带和散热带；最后根据综放面实际推进速度和最短自然发火期判定出采空区自燃危险区域，并确定出保障综放面安全的最小推进速度。     

综放面自燃危险区域及最小推进速度的确定

通过实验测定煤的自燃特性参数 ;由现场观测和理论分析确定综放面采空区浮煤、漏风和氧浓度的分布情况 ,然后根据实际条件下浮煤自燃的极限参数 ,将采空区划分为窒熄带、氧化升温带和散热带 ;最后根据综放面实际推进速度和最短自然发火期判定出采空区自燃危险区域 ,并确定出保障综放面安全的最小推进速度     

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。     

综放采空区抽放条件下自燃"三带"分布规律研究

根据大型煤自然发火实验台测得的淮南潘一矿煤样自燃特性参数和2322（3）工作面现场观测数据,得出潘一矿2322（3）综放采空区抽放条件下氧浓度和漏风强度分布规律。通过分析当瓦斯抽放管道进入采空区10m,20m,30m,40m时,采空区内氧浓度和漏风强度动态变化规律,可判断出综放采空区抽放条件下自燃“三带”动态变化趋势,为高瓦斯矿井采空区早期自然发火预测及火灾治理提供依据。     

综放面采空区流场模拟及自燃危险区域划分

综放采空区容易发生自燃。以往对采空区“三带”的划分主要通过向采空区埋管观测来实现，对于现场观测不能实现的情况下，采空区自燃危险区域难以判定。笔者通过对采空区渗流场的数值模拟，得到采空区渗流速度及O2浓度的分布。结合实验测得的煤自然发火期和自燃临界参数，对采空区“三带”进行划分。该方法计算量比模拟采空区煤自燃全过程少得多，但划分精度却能够满足实际防灭火需要。     

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。     

采空区自然发火"三带"划分的数值模拟

结合实例，用迎风有限元方法求解回采采空区漏风渗流方程和氧气渗流耗散方程，从理论上说明采空区氧浓度分布的不均匀衡性，用高氧浓度区与蓄热区迭加确定采空区自燃氧化带，以及在各种边界条件下自燃氧化带形状所发生的变化，得出自燃氧化度与工作面风量近似叶负指数关系，由此导出采空区自然发火危险的判定条件。     

义马常村矿煤样自燃倾向性研究

利用大型煤自然发火实验台，模拟自燃过程的各种条件，向其中通入空气，使煤与氧发生氧化反应。煤氧复合发生氧化反应，并发出热量引起自然升温，最终引起自燃。通过测定耗氧速度、热释放速率，可算出实际自燃的极限参数。根据这些实验参数可以推算出义马常村矿煤层在不同条件下的最短自然发火期、煤特征温度和其他自燃特性参数等。     

运河煤矿13_下04综放面采空区自燃危险区域划分

针对运河煤矿煤层的自然发火倾向,采用真空泵抽气法和埋设热电阻测定法对采空区气体成分进行测定,掌握了氧气浓度随工作面推进的变化规律.借助测定的氧浓度反推出了采空区漏风强度变化规律.根据获得的氧气浓度、漏风强度变化曲线,利用"三带"划分的极限值法对运河煤矿采空区进行了"三带"划分,并根据工作面实际推进速度确定出自然发火区域为采空区进风侧大于78m的范围.     

东荣二矿煤自燃倾向性实验测试

采集东荣二矿17#煤层煤样,利用“XKⅢ型“煤低温自然发火实验台进行测试,模拟现场散热情况、漏风状况及浮煤厚度,依靠煤自身氧化放热升温,得出随煤温升高的耗氧速度、CO产生率、CO2产生率、放热强度、煤自燃极限参数等的变化规律,研究煤的低温氧化放热特性,预测煤的临界温度和干裂温度、实验最短自然发火期及自燃倾向性.实验表明:煤样起始温度为20℃时,最短自然发火期为46 d;临界温度为60～75℃、干裂温度为90～110℃、浮煤厚度小于0.7 m、下限氧浓度在60℃左右,浮煤不自燃.     

煤自燃过程中极限参数的研究

煤自燃过程是煤氧化产热和环境散热之间平衡关系的变化过程，通过对煤自燃过程的热平衡关系进行分析，导出了煤体氧化蓄热升温的必要条件的数学表达式，在此基础上，研究得出了上限漏风强度、上限煤体粒度、下限氧含量和下限煤体厚度4个煤自燃过程的重要极限参数，研究结果表明，任何一种煤在氧化蓄热过程中，只有同时满足煤体的漏风强度小于该煤体的下限漏风强度，煤体粒度小于其上限煤体粒度，煤体中的氧含量大于其下限氧含量，以及煤体厚度大于其上限煤体厚度，才有可能引起自燃，这一研究结果为进一步完善煤自燃理论以及研究新型自燃防治技术提供了必要的理论基础。     

尾巷瓦斯抽采下采空区煤自燃升温的数值模拟

针对尾巷抽采瓦斯抽放对长壁工作面采空区煤自燃升温影响的问题,利用化学反应动力学理论和换热关联式建立了包含热源和空气与固体换热关系的煤自燃升温模型,借助FLUENT软件计算了不同条件下采空区氧气稳态分布情况和温度动态变化过程。结果表明:同未抽放相比,深部大流量的瓦斯抽采会显著改变采空区流态,造成氧气向采空区纵深发展,煤自燃引起的升温速率会明显加快,高温区域范围扩大并向后移动。注氮可以将一定范围内的氧气浓度控制在较低的水平,并对控制范围内高温区域的升温速率随着时间推移起到不同程度的抑制作用,但对抽放口附近区域的温度抑制帮助不大。     

Dimensionless model to determine spontaneous combustion danger zone in the longwall gob

According to spontaneous combustion propensity,the longwall gob is divided into three zones,including heat dissipation zone,self-heating zone and the choking zone.Only in the self-heating zone can temperature of coal rise due to oxidation.Studying the distribution of the “Three Zones” in gob is important for predicting and preventing spontaneous combustion in coalmine.In normal mining operations,temperature of coal is roughly constant.The process of mass transfer in the gob is considered to be steady.Based on mass conservation,gas species conservation,darcy' s law,Ficks law of diffusion and coal oxidation 1-grade reaction rule,governing equation for air leakage intensity and species concentration are deduced.With critical value of coal spontaneous combustion and the size of longwall workface as basic dimension,a dimensionless steady coupled model of air flow diffusion and chemical reaction in loose coal of Fully Mechanized Top-Coal Caving Mining Workface (FMTCCMW) is setup.By solving the model numerically,regulation of three zones' distribution and spontaneous combustion in the gob can be obtained.The results can be easily popularized to prediction of spontaneous combustion in other coalmines' longwall gob.     

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.     

煤炭自燃火灾的预防

不正确的开拓、开采煤可能引起大量自燃火灾，在既定的生产条件下，矿井通风网路中漏风的数量与方向往往是煤炭自燃发展过程转化的决定性因素。为防止煤炭自燃火灾的发生，可采取防止漏风、预防性灌浆、封闭火区等有效措施。     

长壁开采煤柱支承压力及塑性区分布规律

为了研究长壁开采采面面间煤柱支承压力与塑性区分布规律,采用理论推导、数值模拟、现场监测的方法,通过考虑采空区上覆岩土体自重荷载作用下煤岩体的成拱效应,推导了临近采空区侧煤柱顶部支承压力计算式,基于所得支承压力对煤柱进行弹塑性分析,建立临界状态下煤柱弹塑性微分方程并求解,给出了煤柱塑性区计算式.根据玉华煤矿2410工作面工程地质条件,采用ANSYS对不同采深(500～600 m)与采空区宽度(160～280 m)的煤柱塑性区分布规律进行模拟研究,将数值模拟与理论所揭示的规律进行对比,研究理论适应范围;为验证理论的可靠性,进一步对玉华煤矿2410工作面回风巷道煤柱塑性区进行监测,并将监测结果与理论计算结果对比.结果表明:数值模拟揭示的煤柱塑性区分布规律与理论反映出的规律一致,同时发现在大采宽条件下计算出的煤柱最大塑性区宽度与模拟结果吻合度较高.现场监测结果进一步验证了计算理论的可靠性.研究结果给出了大采宽下长壁开采时综采工作面面间煤柱顶部支承压力分布以及最大塑性区宽度计算式,可为煤柱设计提供依据.     

W型通风采空区自燃带和瓦斯运移规律的数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent对焦煤集团某矿2303综放面采空区进行了数值模拟,研究2303综放面采用W型通风方式下采空区的自燃带和瓦斯运移规律。结果表明:2303综放面采用W型通风系统后,工作面两端压差较少,可以有效防止采空区煤炭自燃,能起到均压防灭火的作用,可以有效的解决上隅角瓦斯超限问题和减小采空区瓦斯爆炸界限宽度,通过对W型通风方式下两条进风巷风量为1:1、1:2、2:3时进行分析得出,当两条进风巷风量相同时工作面向采空区漏风量和工作面两端压差最小。现场实测氧气浓度与数值模拟氧气浓度相吻合,验证了数值模拟方法的可靠性。     

浅埋煤层采动覆岩导水通道分布特征试验研究

为解决浅埋煤层的保水开采难题,采用物理模拟方法,研究了浅埋煤层大采高长壁工作面的采动覆岩导水通道的分布特征.结果表明:对于典型浅埋煤层,大采高工作面在初次来压至第一次周期来压期间,覆岩导水通道迅速发育至松散含水层底部,工作面后方约2个周期来压距离后,采空区覆岩垮落带以上的覆岩导水通道被逐渐压实闭合,但开切眼处的导水通道不易闭合;对于次浅埋煤层,主关键层初次来压后,导水通道迅速发育至最大高度,但伴随着主关键层约1～2个周期来压后,基本顶至主关键层之间断裂带内的覆岩导水通道可很快被压实闭合.该成果可对浅埋煤层保水防溃采煤研究和应用提供基础理论指导.