东欢坨矿2394工作面采空区"三带"数值模拟研究

为了研究2394工作面采空区"三带"的分布规律,通过建立采空区流场物理数学模型,运用Fluent软件根据实况风速对采空区流场状态进行模拟计算,研究结果表明:在工作面实际风速为1.8 m/s的情况下,进风侧在采空区内部20 m时进入自燃带,当进入采空区深部达到85 m左右时进入窒息带;回风侧在采空区内部13 m时采空区进入自燃带,当达到采空区深部75 m左右时,采空区进入氧化窒息带。同时模拟风速为0.25 m/s,1 m/s,2.5 m/s和3.6 m/s条件下采空区流场的变化,模拟结果表明,随着风速的增大散热带和自燃带宽度增大,窒息带远离工作面;随着风速的减小散热带和自燃带宽度减小,窒息带靠近工作面。     

利民煤矿采空区自燃"三带"划分现场试验

采空区自燃"三带"划分是预防自然发火的基础工作,在利民煤矿Ⅱ011602工作面回风巷敷设束管(2个测点)监测采空区气体变化,采用氧浓度指标获得了采空区自燃"三带"范围,散热带:0～23 m,氧化带:23～110 m,窒息带:大于110 m。依据煤的最短自燃发火期和自燃"三带"范围,计算获得的工作面月最低推进速度为54 m。研究结果能够为制定采空区防灭火措施提供一定依据。     

高抽巷抽采负压对采空区漏风及自燃带的影响

为防止遗煤自燃,结合山西某矿9101工作面实际,在抽采负压分别为0、8、12、160、20、24 k Pa时,利用计算流体力学软件Fluent,进行数值模拟。结果表明:不同抽采负压对采空区的漏风流场分布及采空区的漏风量均有显著影响。在回风侧采空区其受到高抽巷的影响比进风侧采空区大,导致工作面漏风风速在回风侧差别较大;不同抽采负压条件下采空区自燃带宽度均为中部>进风巷侧>回风巷侧。抽采负压为12 k Pa时,采空区自燃带宽度平均值为87 m,为自燃带宽度曲线的"凹点"。12 k Pa为临界点,临界点之前抽采瓦斯纯量增速较快,临界点之后抽采瓦斯纯量增速缓慢。综合考虑高抽巷抽采瓦斯纯量和采空区自燃带宽度,9101工作面高抽巷抽采负压确定为12 k Pa左右。     

采空区注二氧化碳防治煤炭自燃应用研究

为预防姚桥煤矿7271工作面遗煤自燃并为其它工作面防火工作提供参考,通过向采空区压注二氧化碳并利用束管监测系统进行气体浓度监测,得到压注后的采空区二氧化碳分布情况和自燃三带分布情况。整理并分析数据后得出:压注后的二氧化碳从注入口扩散蔓延至回风隅角附近,能有效覆盖采空区;压注后自燃三带中氧化带宽度为23 m。综合分析得出,对7271工作面采空区压注二氧化碳气体可以有效防治遗煤自燃。     

杉木树矿S3012工作面采空区自燃发火规律研究

研究采空区自燃发火规律对矿井火灾防治意义重大。对杉木树矿S3012工作面煤样进行工业分析并测试得出,CO和C_2H_4可做为该煤层自燃发火的标志性气体。收集现场监测数据并计算采空区自燃三带分布,与模拟理想条件下自燃三带分布相比较,发现保持严格密闭减少漏风有利于防治采空区自燃发火。根据采空区自燃发火的规律,确定出合理的工作面推进速度为6. 15 m/d,结合现场实际情况提出有效的防灭火措施。     

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.     

浅埋煤层综放采空区自燃“三带”与压力横三区关系

根据不连沟煤矿F6102面开采强度大、煤层自燃倾向等级高,研究其采空区自燃"三带"的分布规律,并结合顶板失稳特征分析二者之间的关系。采用束管监测采空区气体分布,得出了采空区自燃"三带"的分布规律。根据矿压观测与关键层理论分析,分析了顶板破断形成的结构及失稳形式,采用RFPA2D模拟了采空区底板支承压力分布规律,划分了采空区压力横三区;分析了各区渗流特点,通过对比发现浅埋采空区自燃"三带"与压力横三区有较好的对应关系。     

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。     

采空区瓦斯抽采与煤自燃共生灾害特征实验研究

针对高瓦斯易自燃矿井采空区瓦斯与煤自燃共生灾害问题,研究了瓦斯抽采与煤自燃共生灾害特征及致灾机理,采用程序升温实验的方法,分析了漏风量供氧对煤自燃氧化的影响规律,在某矿S1工作面进行了现场监测实验,得出了瓦斯抽采条件下采空区CH_4体积分数、O_2体积分数及温度的影响规律。研究结果表明:随着温度和漏风量的增加,CH_4浓度逐渐增加,O_2浓度逐渐降低,CO的出现温度为110～130℃,在温度大于300℃时解吸量呈现出指数增长趋势;随着采空区深度的增加,CH_4浓度呈现出浅部增加较大深部趋于稳定的趋势,O_2从20.8%逐渐减小到7.7%,温度从22.3℃逐渐升高到24.3℃;划分了瓦斯抽采采空区"三带"分布,工作面散热带宽度为85 m,氧化带为85～210 m,窒息带为210 m以后,其中氧化带宽度增加是非瓦斯抽采采空区的2倍以上。研究成果对瓦斯与煤自燃共生灾害的防治提供理论支撑。     

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     

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。     

基于流场模拟的综放面自燃危险区域划分及预测

通过对采空区渗流场的数值模拟,得到采空区渗流速度及氧气体积分数的分布.结合实验测得的煤自燃发火期和自燃临界参数,对采空区"三带"进行划分,并得到了采空区不自燃的工作面最小推进度.该方法计算量比模拟采空区煤自燃全过程少得多,预测精度却能够满足实际防灭火需要.     

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。     

袁庄煤矿采空区自燃“三带”宽度的确定

介绍了袁庄煤矿Ⅳ624工作面采用预埋束管和温度传感器，测定采空区温度和气体成分变化规律，从而确定采空区自燃“三带”分布，得出工作面合理的回采速度，为制定有效的防灭火措施提供科学依据。     

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。     

皖北煤电祁东煤矿无煤柱开采工作面采空区综合防灭火技术研究

针对无煤柱沿空留巷技术开放采空区后容易造成采空区漏风供氧,增加采空区遗煤自燃的问题,通过监测方法对沿空留巷侧采空区漏风情况进行测定,得出了采空区漏风分布规律。利用采空区遗煤分布情况,划分了采空区煤自燃防火危险区,提出了以堵漏风、灌浆及灌注化学材料为主,人工检查、在线监测和色谱分析"三位一体"预测预报手段为辅的综合防灭火技术。在皖北煤电祁东煤矿7_135工作面应用表明:沿空留巷侧采空区漏风范围为工作面上出口往留巷方向0～330 m,其中漏风强度最大的范围为230～330 m之间;使用综合防灭火技术后,7_135工作面两个危险区域沿空侧CO浓度均控制在15 ppm以下,为易自燃煤层无煤柱开采工作面安全开采提供保障。     

采空区自燃带和瓦斯分布规律的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对潞安集团某矿6206综采工作面采空区进行数值模拟,研究工作面采用Y型通风系统时采空区自燃带和瓦斯的分布规律。结果表明:将6206综采工作面改造为Y型通风系统后,工作面和采空区的最低负压区在回风巷出口处,涌出的瓦斯涌入回风巷后排出,工作面向采空区的漏风量较大,散热带基本处于采空区整个区域内,自燃带范围较小;Y型通风方式可以有效防止采空区煤炭自燃,解决上隅角瓦斯积聚和回风巷瓦斯超限问题。工作面的理论计算风速值与数值模拟风速值吻合,验证了数值模拟方法的可靠性。     

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.