注氮防火时采空区气体变化与"三带"分布状况的检测

在采煤工作面正常生产情况下 ,通过埋设在采空区的取样管道 ,对注氮前及注氮时气体定期取样 ,得出不同采空区深度的气样参数 ,结合采空区遗煤自燃氧化理论 ,进行定量定性分析 ,得出“三带”的分布情况 ,为综放工作面注氮防火参数的确定及注氮效果的检验提出了可靠的依据。     

红庙矿综放面防灭火合理注氮参数

针对红庙矿五区5-2S综放工作面采空区防灭火合理注氮参数确定的问题,采用现场实测、实验室实验以及计算机模拟相结合的方法,数值模拟研究了不同注氮量、不同注氮位置、不同注氮时间对综放面采空区自燃"三带"分布的影响规律.结果表明:随注氮量的增加,采空区自燃氧化带的最大宽度逐渐减小,红庙矿五区5-2S综放工作面合理的注氮量应该为660～800 m3/h;合理的注氮位置为距工作面运顺侧采空区后方10～30 m;每天的累计注氮时间不超过15 h.红庙矿五区5-2S综放工作面在实际生产过程中采用了上述注氮参数,取得了很好的防灭火效果,有效地预防了采空区自燃的发生,保障了工作面的安全生产.本研究对煤矿防灭火具有一定的指导意义.     

注氮技术在回采工作面采空区内因火灾防治中的应用

为了防治煤矿回采工作面采空区自然发火,实现安全生产,本文通过对注氮原理分析,对回采工作面采空区注氮防灭火技术各项参数不断分析改进,取得了较好效果,并在开滦集团各矿井进行推广应用。     

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。     

采空区注氮防灭火技术的研究

采煤工作面采空区依据漏风状况划分为冷却带、自燃发火带和窒息带，对其现场测定可以确定工作面采空区自燃发火的范围。在该范围内注氮防灭火，必须保证注氮纯度和注氮量，提高注氮连续性和检测技术的可靠性，同时采取必要的减少采空区漏风的措施是注氮防灭火成功与否的关键。     

大采高长工作面采空区煤炭自燃"三带"划分及注氮效果研究

以某煤矿厚煤层长距离工作面采空区实际情况为背景,采用现场实测法监测采空区不同范围O_2、CO、CO_2及C_nH_m(烷烯烃类)等气体浓度,通过整理分析得到采空区不同深度范围上述各类参数的变化规律,并研究得到采空区遗煤"三带"范围。在此基础上,利用数值模拟软件对采空区注N_2效果进行模拟分析,得出在注N_2口附近及采空区深部注N_2效果明显,通过对不同深度位置设置注N_2口的模拟,得到最佳注N_2口距离工作面10～20 m。     

综放面间歇式开采注氮对采空区氧化自燃区域的影响研究

为解决杨村矿间歇式开采且工作面推进速度慢而导致采空区遗煤自然发火危险性大的问题,探讨了杨村矿采用注氮方式预防煤自燃的可行性,并采用数值模拟确定了杨村矿采空区注氮参数以及注氮后采空区自燃危险区域。结果表明:未注氮时杨村矿316工作面采空区氧化升温带在进风侧40~110 m范围内,回风侧在10~40 m范围内。采取注氮措施后采空区氧化升温带起始位置向工作面移动,氧化升温带终止位置向采空区浅部方向大幅移动,氧化升温带宽度显著减小,进风侧最大减少80%,回风侧最大减少27%.正常开采期间采空区的最佳注氮量为400 m~3/h,最佳注氮位置为进风侧采空区深度40 m处,注氮后采空区氧化升温带范围为25~73 m,宽度为48 m.在停采期间,采取在上下隅角建密闭墙的方式,在采空区内深度30 m处连续注入400m~3/h的氮气,可将氧化升温带宽度缩小到32 m,有效的抑制了采空区煤自燃。     

“两进一回”复杂采场采空区注氮防灭火模拟

为研究偏"W"型"两进一回"通风方式下瓦斯和氧气浓度分布规律及采空区注氮防灭火技术,建立了偏"W"型通风方式下存有遗留巷道采场的三维物理模型.在将采空区孔隙度设置为非均匀连续分布的条件下,运用Fluent软件对采空区压力场、速度场及瓦斯抽采情况进行了数值模拟,并且模拟分析了不同注氮量不同注氮口位置采空区惰化效果.研究结果表明:工作面两端压差和漏风规律及采空区瓦斯和氧气浓度分布规律与现场实测结果相接近;随着瓦斯抽采强度增大,采空区最高瓦斯浓度减小,氧化带宽度在皮带巷侧有缩小趋势,在轨道巷侧有增大趋势;段王煤矿150405工作面最合适的注氮量约为1 140 m3/h,其最佳注氮位置距工作面40 m左右.     

采空区注氮防灭火参数研究

根据传热学和化学动力学理论,推导出采空区下限氧浓度和氧化带宽度的计算方法,并分析了煤自燃与氧浓度、氧化带宽度与漏风强度的关系.在此基础上,对采空区注氮后相关参数的变化规律进行了定量研究.根据理论推导,确定出防治采空区浮煤自燃的最佳注氮参数,为采空区注氮后自燃火灾的预测及防治提供了理论依据.参4.     

采空区注氮参数设计及三维流场分析

为了合理设计采空区注氮防火方案,以南山矿18-5采空区为研究背景,利用FLUENT软件,结合含变渗透系数的Forchheimer运动方程,对具有抽放巷和注氮管的复杂采空区模型三维流场进行了数值分析。结果表明,大流量注氮在采空区浅部即可取得很好的氧气惰化效果,随着注氮管的深入,惰化效果逐渐降低;小流量注氮取得的惰化效果具有相反的变化趋势,即二者存在不同的最佳注氮位置;受抽放巷影响,模型回风侧存在氧气富集区,仅靠注氮无法对其有效稀释,应配合工作面长距离封堵,减弱高抽巷引起的漏风。依据研究结论和现场施工条件,设计了合理的防火方案,在注氮工作之前,应首先对采空区规模、通风条件和制氮设备能力进行预先评估。     

注氮技术在轻放面收尾期间防治自然发火的应用

林南仓矿业分公司综采工作面在收尾期间均不同程度的出现过采空区遗煤自燃发火征兆,且自燃发展迅速,对矿井安全生产形成了极大威胁;注氮防灭火工安全有效,是防治煤矿井下自然发火难题的有效手段。本文根据林南仓矿2216工作面收尾期间的条件,研究确定了注氮参数,有效的防治了该工作面收尾期间的自燃发火事故。     

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。     

注氮治理火区技术研究

近年来，中国煤矿氮气防灭火技术有了较大的发展，无论是制氮装备还是注氮工艺均取得了较多的研究成果和防灭火实践经验，该项技术已成为矿井防灭火中不可缺少的手段。但是，就目前情况看，氮气防灭火系统的配套技术仍落后于综采、综放开采技术的发展，特别是注浆等防灭火方法很难适应综放工作面采空区三维空间大和漏风大的特点，致使矿井因火灾而封闭工作面的情况时有发生。为此，要加强氮气防灭火技术椎广，在应用技术方面改进和提高注氮工艺水平，加强与采煤工艺的互相配合，探索在不同条件下更好运用氮气防灭火技术，进一步提高采煤工作面的抗灾能力，减少事故发生。本文以同煤集团大斗沟矿81610工作面和同忻矿8101工作面自燃火灾和火区治理工作中的成功经验进行总结分析，以生产实践中的观测数据为依据，分析了注氮前后火区的变化规律，获得一套可靠、有效的同类火区注氮治理的技术。结果表明：注氮参数的确定是重点；间歇注氮防火成败的关键是要确定合理的防火注氮时机，并严格按此注氮时机汪氮；只有采取采空区深部注氮才能取得好的氮气防火效果。分析可知，合理的注氮措施的实施，对于安全生产的必要性和重要意义。     

东滩矿14308综放面采空区三带实测分析

针对东滩矿14308综放工作面采空区自燃严重的问题,采用打钻的方式对采空区进行气体监测,定期取样,用色谱分析仪分析采空区气体成分及浓度,采用三次样条插值的方法,按氧气浓度确定“三带”的具体范围,得出氧化“三带”的分布,为综放工作面防灭火措施的确定提供可靠依据。     

复杂条件下综采采空区自燃“三带”划分数值模拟

受复杂地质条件影响,用埋管取样分析方法划分采空区三带有诸多限制,采用数值模拟方法成为分析采空区三带的主要手段。本文利用Fluent流体力学模拟软件,对淮南矿业集团潘北1121(3)综采工作面采空区进行流场模拟,并根据采空区内漏风风速划分指标确定了三带的位置及范围。结果表明,氧化带的宽度在40.0m左右,以此推论工作面采空区内部自然发火的可能性较小。最后,改变工作面的供风量,得出不同供风量对采空区三带位置和范围的影响。模拟结果显示,工作面的供风量越大,采空区氧化带位置越向采空区深部延伸,且氧化带的范围越大。     

杜儿坪矿73803工作面注氮防灭火应用研究

针对杜儿坪矿73803综采工作面出现自燃发火预兆并有进一步发展扩大的趋势,提出了采空区注氮方式防火措施,并在该工作面进行了实际应用。结果表明,采取注氮防灭火措施后,各地点CO浓度均明显下降,防火效果显著。     

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。     

采空区防火注氮过程的数值模拟与参数确定

为解决采空区防火问题，提出从采空区漏入风一侧顺流注氮，充分利用采空区漏风流向控制氮气的流向并控制漏风量的注氮思路。利用迎风有限元方法求解注氮时采空区风流移动渗流方程和氧气浓度变化过程的渗流-耗散-扩散方程。根据注氮与采空区流场流态及氧浓度分布规律，分析了注氮流量、注氮位置和时间的确定方法。     

注氮条件对采空区自燃“三带”的影响

 研究了采空区注氮参数与“三带”分布情况的关系,并利用研发的火源定位软件分析了注氮条件对采空区自燃“三带”的影响。结果表明,合理的注氮位置基本上位于散热带和氧化带交界处,但一般情况下,建议将注氮位置设到氧化带内。当注氮达到稳定后,可以发现氧气分布出现回缩并整体前移的现象,尤其是在进风侧氧化带范围大大减少的情况下,注氮效果比较明显。     

破碎围岩大采高回撤工作面防灭火工艺应用实践研究

破碎围岩环境下的大采高工作面开采空间大,顶板破碎范围广,采区空漏风率大,尤其是在工作面回撤期间采空区防灭火,是实现矿井安全生产的基础。以羊场湾煤矿Y120204大采高工作面回撤为工程实例,通过采用注氮防灭火,并辅以传统的灌浆、隔离墙等措施,在大采高破碎围岩工作面采空区组织实施防灭火,并严密监控了防灭火效果。现场实践表明,大采高工作面采空区火灾情况得到良好控制,该工艺对羊场湾以及宁东矿区其他大采高工作面采空区的防灭火管理具有借鉴意义。