巷道高冒封闭火区燃烧状态及表面温度场演变规律

受早期小窑私挖乱采的影响,整合矿井往往面临废旧巷道或采空区遗煤多、漏风严重且复杂,煤自燃危险性大的难题,为了判断巷道高冒封闭火区的燃烧状态及其火区发展趋势,采用煤自燃低温氧化试验研究山西朔州某矿4+9号煤层火灾指标气体及其变化规律,现场收集火区内气体初步判断火区燃烧状态,最后利用红外热成像仪圈划火区表面温度区域,定位巷道顶煤火区表面高温点并分析火区巷道表面温度场变化趋势。研究结果表明:在煤低温氧化进程中CO,C2H6和C2H4等指标气体将在特定的温度等条件下自发产生,利用指标气体出现温度和随温度变化趋势,可以初步判断火区燃烧状态及发展方向;通过巷道表面温度场能够圈划浅部隐蔽火区大致范围,验证火区燃烧状态,判断火区发展趋势,预测煤自燃的危险性,能为火区危险性预报和治理提供可靠依据。研究成果对隐蔽火源燃烧状态和发展方向分析具有一定参考价值,能够为具有类似条件的矿区防灭火工作提供借鉴。     

基于瞬变电磁法的整合矿井火区分布探测方法

 针对资源整合矿井火区探测中普通探测技术耗时长、工程量大,且难以直接定位火区范围等问题,研究了基于瞬变电磁法的火区分布探测方法。以北祖矿为例,在井下全空间条件下,结合地质资料和现场地质情况,采用瞬变电磁仪对北祖矿9209 风巷上覆煤层进行超前探测和剖面探测,反演计算形成超前、剖面视电阻率图,根据巷道上覆煤层在视电阻率图中的响应特征,通过定性分析确定巷道上覆煤层的自然发火区域。结果表明,基于瞬变电磁法的整合矿井火区分布探测方法能够准确定位火区分布范围,可为打钻探测及灌浆堵漏等矿井防灭火工程提供科学依据,明显提高工程效率及效果。     

煤体脉动注水与恒压注水致裂特征模拟

 为解决煤体恒压注水在实际应用中致裂效果不理想问题, 基于FLAC3D在岩土力学中的应用, 模拟了在脉动注水与恒压注水条件下煤体的起裂过程, 分析了煤体脉动注水与恒压注水致裂特征.数值模拟结果表明, 经水力压裂后, 脉动注水模型中走向方向压裂半径3.3m, 垂直方向压裂半径2.2m;恒压注水模型中走向方向压裂半径0.65m, 垂直方向压裂半径0.96m.煤体脉动注水比恒压注水需要更长时间起裂, 脉动注水模型最终压应力比恒压注水低, 从而得出脉动注水对煤岩体卸压作用明显优于恒压注水.     

巷道掘进中应用可控循环通风时瓦斯浓度的峰值运移规律的探讨

为了在实际中应用可控循环风，本文分析了在掘进巷道中应用可控循环风时，沿巷道的瓦斯浓度峰值运移规律，并得出了在掘进巷道中瓦斯浓度峰值由风筒的漏风量大小决定的结论。图３，参２。     

松散煤低温耗氧速率的多因素作用特征及模型

为给采空区煤自然发火的实际探测及数值分析提供理论支持,研究氧体积分数(φi)、粒度(D)和温度(T)复合作用条件下的松散煤低温氧化的耗氧速率(v0)模型。设计松散煤在氧体积分数相同、粒度不同和粒度相同、氧体积分数不同2种方式下煤的程序升温实验,应用气相色谱仪分析特定温度下的出口气体氧体积分数并对松散煤的耗氧速率进行计算,比较不同氧体积分数、粒度条件下煤样在不同温度点的耗氧速率,得出单一变量条件下的v0-φi,v0-D和v0-T曲线。研究结果表明:耗氧速率与煤样温度基本呈指数关系,与氧体积分数呈对数关系,与松散煤样粒径呈负指数关系;在低温条件下,温度、粒径和氧体积分数3个因素对松散煤耗氧速率的作用相对独立。最后,在实验分析的基础上建立以耗氧速率为因变量,温度、氧体积分数、粒度为自变量的松散煤低温耗氧速率复合作用模型。     

采空区非间隔性注氮防火效果及施工参数

为了考察采空区非间隔性注氮的防火效果及确定合理施工参数,根据质量、动量和组分守恒方程建立反映采空区气体体积分数变化的数学模型,利用FLUENT软件通过对该模型求解,对塔山矿自燃"三带"进行预测,并确定了最佳注氮位置和注氮量。研究结果表明:注氮位置应和氧化带保持一段距离,这样可以给氮气一定的预留空间充分破坏采空区内流场。在一定条件下,单纯靠提高注氮量的防火效果提升有限,需要配合其他措施实现综合防治。最后利用动网格技术比较了非间隔性注氮和传统循环注氮的注氮效果,结果显示采用传统注氮工艺由于注氮口位置在工作面推进过程中逐渐偏离设计位置导致注氮效果降低,研究结论从采空区防火的角度对非间隔性注氮的必要性进行论证。     

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.     

带漏风的采煤工作面循环风系统的研究及应用

在对国内外现有可控循环风技术深入了解的基础上，结合矿井实际情况，推导出带漏风的采煤工作面循环风系统的有关计算公式，减少了计算值与实际值的误差，并据此成功地解决了显德旺煤矿2717采煤工作面风量不足问题．图2，参4     

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。     

平岗煤矿1202工作面上覆岩层“三带”的判定

 为准确判定“三带”对于提高平岗煤矿高位孔和高抽巷的瓦斯抽放量,采用理论计算、数值模拟、现场试验方法,研究了平岗煤矿1202工作面采空区上覆岩层“三带”的判定问题。理论计算与数值模拟得到冒落带高度范围为6.2～8.3m,裂隙带高度范围为23.0～28.2m;现场测试结果与理论计算值基本一致。在裂隙带中实施瓦斯抽放,瓦斯流量可达1m³/min以上。本文所提出的方法为高位孔终孔位置和高抽巷层位的确定提供了重要的参考依据,能够有效降低工作面瓦斯超限事故的发生。