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。     

常村煤矿2106综放面采空区"三带"规律及自燃危险性研究

采空区"三带"分布及变化规律的研究,是综放面自燃预测的基础.通过对常村矿2106综放面的综合观测,得到采空区气体、温度的分布及其在工作面推进过程中的动态变化.根据观测数据及所采煤层自燃的极限参数和工作面的开采条件等,确定了采空区"三带"的范围,并结合常村矿煤的自然发火期,确定了工作面不发生自燃的最小推进度,据此可以对综放面采空区自燃危险性进行预测.图4,表1,参10.     

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。     

浅埋综放采空区自燃“三带”的分布规律的实测与数值模拟研究

通过在综放工作面采空区埋设固定束管采样探头,分析采空区内气体随工作面推进过程中的变化。根据实测O2浓度的变化确定不连沟煤矿F6201面采空区遗煤自燃氧化"三带"的分布规律,并利用FLUENT软件建立了采空区气体渗流物理模型,模拟采空区O2浓度的变化,得出了采空区自燃"三带"的分布规律。研究表明:与普通综放面相比,浅埋综放采空区氧化带靠近煤壁、范围小,且随着风量的增加氧化带范围增大。根据采空区氧化带分布确定注氮步距为30 m,取得较好的防灭火效果。     

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。     

采空区自燃“三带”特征的最小二乘法分析

为研究采空区煤自燃对工作面及整个矿井安全生产的危害及影响,减小矿井发生自燃火灾的可能性,提高安全生产效率,采用沿综放工作面两端头向采空区布置测点的方法,进行采空区温度以及气体组分浓度变化分析,得到了大水头煤矿东108综放工作面采空区遗煤温度和特征气体参数的变化曲线;利用Matlab软件的最小二乘法拟合方法,对所观测到的数据进行曲线拟合,通过高阶函数驻点特性分析、以及实际参数曲线所反映的采空区煤炭自燃"三带"规律,分析得出了采空区自燃的散热带和氧化带的临界点在采空区深度大约55 m处,氧化带和窒息带临界点在大约92 m处,采空区氧化带内最剧烈氧化点出现在深度约为68 m处,这些研究成果为指导大水头煤矿防灭火工作提供了一定的科学依据。     

综放工作面采空区氮气防火合理工艺参数的选择

根据国内外综放工作面采空区氮气防火技术的应用实践．确定了综放工作面采空区氮气防火合理工艺参数,对提高综放工作面采空区氮气防火效果和推进放顶煤综采在我国煤矿中的发展具有重要意义．     

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.     

庞庄煤矿采空区“三带”范围确定及防灭火技术研究

针对庞庄矿7431综放工作面实际情况,沿采空区倾向布置4个测点,对采空区气体成分进行测定,采用三次样条插值的方法,按O2、CO浓度确定采空区"三带"的宽度、具体范围及遗煤处于氧化带的时间,最后根据"三带"范围确定了现场防灭火技术的实施工艺,有效防治了采空区遗煤自燃,保证了工作面的安全回采。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。