大断面全煤巷高冒区自燃过程的三维数值模拟

通过对大断面全煤巷道高冒区特点和影响煤炭自燃因素的分析,根据多孔介质流体动力学、传热和传质理论,建立了高冒区松散煤体自然发火过程三维数学模型。以枣泉煤矿11201面巷道高冒区为例,利用Fluent软件进行了数值模拟,得到了遗煤不同时间各位置的温度场和氧浓度场分布,分析了高冒区自然发火的过程及高温区域的移动规律,明确了高冒区松散煤体的中下部区域为最易自然发火区,是现场防治高冒区自然发火的重点区域。现场实测数据验证了数值模拟结果的合理性。     

干燥煤堆自燃升温特征的数值模拟

为了了解露天煤堆自燃升温过程中温度变化特征,在考虑风压、热压和质量扩散等驱动力的情况下建立了二维干燥煤堆传热传质数学模型,利用FLUENT软件对煤堆内部漏风、氧气与温度各类场信息进行分析.结果表明,煤堆自燃环境的特点是迎风面漏风强度和氧气浓度最高,背风面最低,中间递减,高温区位于迎风坡附近漏风强度适中,氧气充足的蓄热区.风速与孔隙度对煤堆自燃升温速率影响最显著,迎风倾角其次,环境温度对升温速率的影响很小.模拟结果与煤堆升温实验数据在趋势上比较符合,现场可根据计算结果事先大致判定火源位置,缩小侦测范围,以便及时采取措施,提高防火工作效率.     

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.     

煤巷锚杆支护稳定性的数值模拟分析

将数值模拟方法应用到某矿工作面回风顺槽煤巷锚杆支护设计中,根据实际条件和建立数值模型的原则,通过现场地质资料调查得到区域岩层地质力学参数作为模拟边界条件,建立了数值模拟模型。提出4种锚杆布置方案,通过模拟并对输出图形进行分析(主要是煤巷围岩和锚杆周围应力的分析),得到合理的支护方式。     

煤巷瓦斯预排深度数值模拟分析

利用有限元法对非均质煤层煤巷周围煤体瓦斯运移进行数值模拟分析 ,得出煤巷预排瓦斯带深度不仅与煤的变质程度有关 ,而且与煤层原始瓦斯压力、煤壁暴露时间和煤层赋存地质条件等因素有密切关系 ,最后针对淮南 C1 3煤层的实际情况给出煤巷瓦斯预排深度的计算公式     

高应力区煤巷锚杆支护技术应用

通过对比分析，阐述了在在高应力区巷道采用锚杆支护技术的可行性，并介绍了锚杆支护的形式、技术参数及施工工艺。     

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。     

煤巷复合顶板破坏特征与垮落规律数值模拟研究

针对煤巷复合顶板岩层结构类型多样性,顶板稳定性也表现出显著的差异性问题,本文根据软硬岩薄厚、组合情况以及在煤巷顶板位置关系,对煤巷复合顶板岩层结构类型进行精细化划分,获得煤巷不同岩层组合结构复合顶板结构类型,在此基础上,采用UDEC离散元数值方法对复合顶板稳定性进行模拟研究,获得煤巷软硬岩不同组合类型复合顶板条件下的破坏特征与垮落规律,为煤巷顶板结构分类和支护设计提供理论依据。     

二次采动煤巷围岩失稳数值模拟研究

本文作者利用RFPA 2D数值模拟方法对巷道进行了围岩失稳数值模拟研究,形象地再现了该巷道从掘进到相邻采面推过后围岩应力和位移的演化过程,并得出了护巷煤柱的合理宽度范围.     

基于Z-P准则的煤巷围岩稳定性数值模拟研究

通过FLAC3D所提供的二次开发程序接口,利用VC++6.0程序语言编写了Z-P准则的计算程序,成功实现Z-P准则的FLAC3D二次开发。采用开发的Z-P准则和FLAC3D内置的M-C准则对木城涧煤矿二槽煤层锚固支护巷道进行数值模拟,并对巷道围岩的塑性破坏区、位移及应力分布规律进行对比分析。结果表明:Z-P准则计算的塑性破坏区、位移比M-C准则的计算结果偏小,应力比M-C准则偏大,但应力集中现象相对不明显,总体分布规律基本一致。将模拟结果与现场钻孔探测数据进行对比可知,Z-P准则计算的结果更接近现场实际。     

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。     

复杂沟通条件下遗煤自燃规律的数值模拟

为了解决复杂沟通条件下遗煤自燃的防治问题,应用数值模拟方法对放顶煤采空区遗煤自燃规律进行了研究.建立了放顶煤采空区遗煤自燃数学模型,并对复杂沟通条件下的放顶煤采空区遗煤自燃规律进行了数值模拟研究.在深部内部漏风边界有高氧浓度时,采空区自燃位置有两处,当考虑老空区内部瓦斯浓度很高和老空区耗氧情况,采空区自燃位置只有一处.只有注氮与阻化联合使用,才能避免放顶煤采空区遗煤自燃的发生.遗煤自燃发火期与工作面推进速度成正比关系,与工作面风量、遗煤氧化速度常数成反比关系.该研究对放顶煤采空区遗煤自燃的防治具有一定的指导意义.     

大断面煤巷桁架锚杆支护的相似模拟试验

通过大比例平面应变相似模拟试验,研究了单式和复式桁架支护方式在特大断面煤巷中的支护效果,并对试验结果进行了分析和探讨,研究表明,单式和复式桁架锚杆对大断面煤巷有较好的支护效果,但各有其适应范围.     

超长煤巷监测数据背景CO筛查及自燃预判研究

为了解决超长双煤巷自燃发热的早期预报问题,在自燃标志气体分析法失效的情况下,运用井下监测系统大数据的CO趋势分析法。为了筛除井下柴油机动车尾气产生CO的波动干扰,创新提出能够仅反映煤相对缓慢氧化的背景CO体积分数的概念;对矿井某一独立通风的考察区域,在某一足够长的时间段内,总能找到所有柴油车都不工作的极端时刻（或不受尾气干扰的情况）,且CO体积分数值被监测系统记录到,从而建立了背景CO体积分数的筛查方法;经时间单元周期为0.125 d和0.5 d时的筛查结果对比,随着考察时间单元的取大,CO体积分数曲线越来越低,波动减小,背景CO体积分数曲线越来越清晰,证明其客观存在性。以最短自然发火期的一部分为考查期,依据背景CO体积分数的趋势走势来预判煤柱自然发火,结合红庆梁煤矿经验,得到CO趋势递增率k^*₁=0.607×10^-6 d^-1,以此作为自燃危险预判的临界指标,将自燃危险预警分三级,即当k₁ ≥k^*₁,一级预警,启动重点巡查,将超长距离...     

综放沿空煤巷不同支护方式围岩变形演化规律的数值模拟

针对综放开采沿空掘巷围岩控制的问题,采用数值模拟方法,以山西兰花集团公司大阳煤矿3203综放回风顺槽为研究对象,利用FLAC3D计算程序系统模拟了留设5m煤柱护巷时回采巷道围岩和小煤柱应力演化过程,对无支护、有支护情况下的巷道顶、底板及两帮的应力分布特征,巷道围岩位移特征和沿空煤巷围岩破坏区演化规律进行了对比分析.结果表明,锚杆(索)支护形式能有效控制围岩变形破坏,并且施加锚杆(索)支护后围岩松动范围能有效控制在锚杆(索)锚固范围之内,为保证综放沿空煤巷的稳定提供了理论与技术依据.     

锚注联合支护煤巷两帮塑性区分析

为揭示锚注联合支护对煤层巷道两帮稳定性的作用机理,在分析锚杆、注浆加固煤岩体作用的基础上,将锚杆和注浆加固范围内的煤体作为支护结构区,建立了煤帮塑性区分析的力学模型,应用弹塑性极限平衡理论推导了煤帮塑性区宽度及应力的计算公式,通过实例验证了模型的合理性,并探讨了支护结构区宽度及支护结构区强度参数对煤帮塑性区宽度及应力的影响.研究表明:支护结构区宽度增加,煤帮的塑性区宽度呈近似线性减小;支护结构区界面内聚力增加,煤帮的塑性区宽度减小,但减小幅度逐渐降低;支护结构区界面内摩擦角增加,煤帮的塑性区宽度减小,且有加速减小的趋势.图6,表1,参8.     

煤巷锚杆支护巷道迎头区冒顶原因及预防措施

针对煤巷锚杆支护巷道迎头区冒顶事故,阐述了冒顶事故的特点、原因,指出了预防锚杆支护巷道迎头区冒顶的关键,提出了预防迎头区冒顶的措施。     

卸压孔技术在高应力煤巷掘进中的应用

通过对高应力区煤巷支护巷道采用大孔径卸压孔技术前后的效果对比及矿压观测数据的分析,找到了解决高应力煤巷支护变形严重、服务时间短、材料费较高等突出问题,取得了显著的经济效益和社会效益。     

发射药热自燃的数值模拟研究

对发射药热自燃现象进行了数值模拟研究。通过与在实验室中进行的小模型实验及在野外进行的大模型实验结果的比较,确定了发射药热自燃的反应模型;在此基础上,通过数值模拟研究了直径和壁面温度对发射药热自燃的影响规律。结果发现：实验段四周壁面温度越高、实验段直径越大,发射药越容易自燃;发射药Ｎｏ．１比发射药Ｎｏ．２更容易发生热自燃。还预测了在各种温度条件下,发射药Ｎｏ．１与发射药Ｎｏ．２可能发生热自燃的直径范围。     

煤堆自燃的数值模拟及分析

为研究煤堆在自然堆积状态下的自燃影响因素,将不易现场观测的工程实际问题转化为计算机问题.建立了煤堆自然存放的二维模型以及煤堆自燃问题的能量方程和氧浓度方程相耦合的煤堆自燃发火的数学模型.采用多物理场耦合分析软件COMSOL进行解算.结果显示煤堆在第60天时发生自燃现象,到第100 d时煤堆已经完全自燃,并且氧浓度随着时间呈现三带分布.通过改变煤堆的高度和孔隙率后进行解算,显示出煤堆高度和孔隙率增加时,煤堆更加容易发生自燃现象.结果表明:煤堆自燃现象呈现明显的三带分布,并且孔隙率和煤堆高度与煤堆自燃现象的发生呈现正相关.