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。     

采空区自燃“三带”分布规律及影响因素分析

准确掌握采空区“三带”分规律对防灭火工作非常重要。本文归纳了采空区“三带”划分的四种类型,并对采空区“三带”分布状况进行分析、划分。结果表明采空区“三带”分布状况不仅与浮煤厚度、漏风强度、氧浓度有关,浮煤的散热量及采空区瓦斯浓度对此也有着重要影响。采空区“三带”分布状况应根据浮煤厚度与其自燃临界厚度的相对大小分类划分。     

采空区顶板覆岩压力同心传播转移与近心多载规律

以采区内首采工作面为对象,在阐述采空区四周围岩应力分布特征基础上,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析了三种典型形状采空区顶板上的未被采空区冒落岩石分担的压力向四周围岩传播转移的特点,首次提出采空区顶板覆岩压力的"同心传播转移"规律与"近心多载"规律。该规律对全面掌握工作面矿山压力分布及指导工作面安全生产具有重要意义。     

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。     

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。     

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。     

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.     

采空区遗煤自燃带确定及风流场数值模拟

对采空区遗煤状态进行实测与分析 ,并采用有限元数值模拟方法求解综采放顶煤工作面采空区遗煤内的风流运动规律的二维非线性渗流方程 ,从而较为有效地反映出采空区遗煤中风流压力和速度分布情况 ,结合实例 ,给出采空区内自燃发火影响带与工作面供风风量的关系     

房柱采空区下应力分布特征研究

为研究房柱采空区煤房煤柱交替分布对下位近距离煤层顶板应力分布影响规律,采用数值模拟方法对大地精矿房柱采空区下应力分布特征进行研究,研究表明:房柱采空区底板岩层中应力从无煤柱区到房柱采空区下方区域应力分布依次为端煤影响应力增高区、端煤影响应力降低区和采空区煤柱影响稳定区;根据采空区煤柱影响稳定区下底板应力波动范围确定了模拟地层采空区煤柱集中应力工程影响深度,影响深度范围外煤层开采工作面顶板压力及超前支承压力分布受上部煤柱集中应力影响较小,范围内煤层开采工作面顶板压力及超前支承压力分布受上部煤柱集中应力影响剧烈。研究结果对于类似条件的煤层开采及时采取有效顶板控制措施具有实际意义。     

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。     

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。     

采煤工作面冲击地压的解析分析

运用煤层塑性软化理论，通过解析分析，导出了采煤工作面附近煤层和顶板的变形与应力分布规律，运用极值点失稳理论，给出了煤体开始软化时的采空区跨度与顶板所受压力之间的关系，计算了采煤工作面产生冲击地压时采空区跨度与载荷间关系。采煤工作面冲击地压的分析方法可推广应用于巷道和煤柱冲击地压的分析，为煤矿安全生产和预防冲击地压提供一定的理论参考。     

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。     

综放工作面采空区自燃环境数值仿真研究

为了研究综放工作面采空区"三带"分布规律,以渗流力学、计算流体力学理论为基础,建立三维数学物理模型。以孔庄煤矿7354综放工作面为例,进行综放工作面采空区自燃环境数值仿真研究。研究表明,综放采空区模拟得到的速度场、浓度场和三带划分与现场情况基本符合,论证了仿真技术技术的可行性和有效性。通过比较采取堵漏技术、抽放技术前后三带分布情况,为制定合理高效的自燃防治技术提供了有力的理论支撑。     

基于温度和O2浓度的采空区“三带”分布规律研究

崔家寨煤矿井下采空区自然发火严重,为了掌握该矿采空区三带分布规律,利用热电偶测量采空区的温度变化规律,同时利用束管测定采空区的气体变化规律,通过分析采空区温度、O2浓度与工作面推进度间的关系,确定了所观测工作面采空区"三带"的分布范围,对所观测工作面在不同推进度下的采空区温度变化进行了数值模拟研究,为预防采空区自然发火提供了理论指导。     

基于实测的复杂采空区稳定性分析

结合某铁矿采空区的实际情况,采用空区三维激光探测系统对采空区进行了探测,准确掌握了采空区的三维形态和空间位置,为采空区稳定性数值模拟分析奠定了基础.并运用3DMine软件建立采空区三维模型和矿区地学三维模型,提出采用数据转换的耦合模式将3DMine与Flac3D耦合构建数值计算模型进行数值模拟计算,根据模拟计算结果对采空区的围岩稳定性进行了分析,结果表明,矿体被开挖以后,由于围岩应力重分布,空区顶板及侧壁围岩处于较明显的拉应力状态,空区围岩位移以顶板Z向位移为主,矿柱侧向位移不明显,但空区围岩的塑性分布范围较广,主要集中在空区的顶板及底板,而矿柱顶部的塑性分布将会导致矿柱塑性变形失稳,对所测采空区的稳定性产生很大的影响.     

回采工作面沿倾斜支承压力带参数的研究

本文根据对相似材料模拟实验数据和现场观测资料的回归分析,提出了确定走向长壁回采工作面沿倾斜方向支承压力带的范围、最大应力集中系数、压力峰值的位置(即塑性区宽度)和应力分布规律的公式。分析了各个主要因素(如采高、采深、倾角、煤层硬度和弹模,顶板强度和弹模,采空区宽度等)对煤层沿倾斜支承压力分布规律的影响。     

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。     

U型工作面采空区漏风对自然发火的影响

为了进一步掌握U型通风方式下采空区漏风流场分布规律,为采空区火灾预防和控制提供理论依据,采用物理相似模拟实验方法,通过搭建采空区气体渗流物理相似模拟实验平台,实现了开采煤层自然垮落,并采用采空区立体监测的手段,对U型通风方式下采空区漏风流场的分布规律进行了研究。结果表明:采空区内漏风存在3个特征区域,即"上隅角漏风影响区","架后重点漏风区"和"下隅角煤柱边缘漏风带",通过分析其各个特征区域的自燃危险性,得出"上隅角漏风影响区"的自燃危险性最大,"架后重点漏风区"的自燃危险性最小。同时,在采空区垂直方向上的漏风强度随着高度的增加而减小,最大影响高度可达到60 m左右。研究指出了U型通风工作面火灾防治的重点区域,为采空区在漏风影响条件下的防灭火工作提供了一定的理论参考。