木瓜煤矿综采面采空区防灭火技术应用

为防止木瓜煤矿10#煤层工作面采空区遗煤自然发火,对10#煤层进行煤样自燃特性实验分析,确定了采空区自然发火标志性气体;以10-100工作面为例,建立束管监测系统;分析表明,距工作面大于55.2 m的采空区存在自然发火的可能;采用进风侧埋管采空区注氮系统,注氮后采空区CO浓度明显降低;实现了工作面的安全高效生产。     

木瓜煤矿9号煤层采空区遗煤自燃监控技术应用研究

木瓜煤矿现阶段开采的9号煤层为易燃煤层,为防止9号煤层采空区遗煤自然发火,采用程序升温氧化实验,对不同温度条件下各种气体的产生情况进行分析研究,最终确定木瓜煤矿9号煤层采空区自然发火的标志性气体为CO、C_2H_4、C_2H_2,并且建立完整的采空区遗煤自燃监测预报体系,通过合理的组织及管理措施,实现了木瓜煤矿9号煤层的安全生产。     

煤矿采空区自然发火多参数监测系统研究

提出采用气体分析法和测温法相结合来监测煤自燃特征信息的方法,针对采空区煤自燃特征信息特点,研发了采空区无线自组网温度监测系统,并集成煤自燃束管监测系统和安全监控系统系统,构成可对矿井采空区不同位置指标气体和温度同时实时监测的新型煤矿采空区自然发火多参数监测系统。重点在监测方法、系统集成、关键单元的设计和监测方案等方面进行了研究,该系统的研究对于早期发现矿井采空区浮煤自燃隐患,判断自燃危险程度,确定自燃危险区域提供可靠依据。     

特厚煤层自燃关键参数现场观测及动态数值模拟研究

根据特厚煤层采空区内遗煤的分布规律，优化布置气体监测测点，根据现场观测结果分析O2分布规律。根据试验工作面物理模型简化得到数值模拟的计算模型，进行了不同工况条件下采空区自然发火动态数值计算，研究了影响煤自然发火至关重要的关键参数，包括煤自燃危险区域内气体随着时间变化的渗流速度分布及O2浓度分布情况、高温火源点变化趋势，以及防止煤自然发火的工作面最小回采速度等。     

徐州矿区煤自燃标志性气体的研究

在分析徐州矿区20个工作面标志性气体实验数据的基础上，重点研究CO、C2H4、C2H6气体在煤氧化自燃过程中的变化规律，提出了煤自燃标志性气体与煤温间的定量关系和早期预测预报煤自然发火的指标。     

姜家湾煤矿11号煤层最短自然发火期实验研究

以姜家湾煤矿11号煤层为研究对象,采用煤工业性分析、煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定、差示扫描量热与气体示踪等实验手段,测定了该煤层工业性成分、煤自然发火倾向等级、不同温度煤的比热以及煤自燃指标气体,以此综合确定该煤层最短自然发火期。研究结果表明：煤的水分含量为0.90%,灰分含量为6.58%,挥发分含量为29.02%;煤层自燃倾向性等级属于Ⅰ类,自燃倾向性为易自燃。煤升温加热氧化的临界温度为162℃,且以CO为煤自燃评判的敏感气体。基于该煤层煤自燃特性,结合煤自燃发火数学模型,计算出该煤层最短自然发火期为48 d。该数据可为11号煤层开采速率以及采空区自燃发火防控提供技术参数支撑。     

州景煤矿5304工作面煤柱自燃特性及防治

为了及时处理州景煤矿5304工作面煤柱自燃灾害，测试了州景煤矿5304工作面煤自燃标志性气体，确定了5304工作面煤自燃指标气体为CO，并提出了采空区注浆和复合喷涂材料相结合的综合防灭火技术，同时使用综合防灭火技术对5304工作面窄煤柱自燃进行防治。结果表明:采空区内氧气和一氧化碳浓度迅速降低，回风巷内温度恢复正常值，煤柱自燃情况得到了抑制。采空区注浆技术与顶板喷涂复合材料技术的相互结合应用为类似煤层的自然发火防治提供了一种新的技术方案。     

采煤工作面采空区自然发火综合防治技术

为解决采煤工作面回采过程中采空区出现自然发火隐患,通过现场取煤样实验,确定煤自燃特性参数,并且确定以CO、C 2H 4气体为现场煤自燃标志性气体。分析了在高抽巷未及时垮落影响下的采空区煤自燃诱因及自燃征兆凸显过程,现场采用了以堵漏、降温、高抽巷降压控氧为主要手段的协同防控技术。对高抽巷内气样进行检测结果表明,回采工作面采空区的CO浓度得到了有效控制,确保了采煤工作面的安全回采。     

新疆弱粘煤自然发火标志性气体试验研究

为了掌握新疆浅埋、急倾斜弱粘煤层的上分层和本层采空区自然发火标志性气体生成规律,选取乌东煤矿弱粘煤样品进行程序控制升温试验研究,分析CO、烯烃、炔烃、烷烃及其比值的生成规律,以此确定煤自燃的临界温度和自燃预测指标。结果表明:CO出现的临界温度在25℃左右,标志着煤开始自燃氧化反应;C2H4出现的临界温度在106℃左右,标志着煤进入加速氧化阶段;C2H2出现的临界温度在348℃左右,标志着煤进入燃烧或阴燃阶段。CO、C2H4、C2H2气体作为煤自然发火的标志性气体,C2H4/C2H6作为煤自燃氧化的辅助标气。     

采空区自燃火灾预报方法与监测新技术

总结了我国矿井采空区自燃火灾的特点,分析了采空区自燃火灾预测预报的气体指标法和测温法,对气体指标法的煤氧化自燃气体产物进行定性和定量分析,探讨自燃火灾光谱在线原位监测、分布式光纤测温、自然发火气-温联合预警和矿井漏风测定等监测新技术。通过研究我国煤矿自燃火灾预测预报及监测监控应用过程中存在的问题,对其发展趋势进行了初步探讨。     

铁箕山煤矿2号煤层自然发火标志气体及临界值确定

为更好地确定以CO为标志气体的煤层自然发火标志气体临界值，以便于防治矿井火灾，将铁箕山煤矿2号煤层4427工作面作为试验工作面，通过现场埋管监测，分析了采空区和工作面的标志气体分布规律。结果表明:随着推进距离增加，采空区内测定的CO浓度先上升，后开始下降一段，之后加速上升，总体变化趋势与自燃“三带”变化相似；在工作面上回风隅角CO浓度值最高，且回风流CO浓度波动较剧烈。以此为基础，通过进一步研究与计算，最终确定铁箕山煤矿2号煤层4427工作面各标志气体浓度临界值:采空区CO浓度临界值为140×10^-6，回风隅角CO浓度临界值为12×10^-6。     

高位钻孔抽瓦斯与压注CO2防灭火一孔两用技术

采空区瓦斯与遗煤自然发火耦合极易诱发瓦斯爆炸。结合唐口煤矿现场条件,分析了煤层瓦斯涌出规律及采空区自然发火特性,采用高位钻孔抽采瓦斯及压注液态CO₂防治采空区煤自然发火一孔两用技术。结果表明:高位钻孔抽采瓦斯能使回风隅角和回风流的瓦斯浓度分别降低到0.05%~0.10%和0.10%~0.15%;监测束管CO平均浓度由原来的4.2×10^-6降低到1.8×10^-6,O₂浓度由原来的18.5%降低到11.5%,压注液态CO₂能有效杜绝采空区煤炭自燃;回风隅角未再出现瓦斯超限现象,上隅角对应采空区氧气浓度不高于5%,应用效果良好。     

地面钻孔抽采对采空区自燃“三带”的影响研究

为解决魏家地煤矿工作面煤层透气性系数低,采空区瓦斯治理难的安全生产问题,以该矿北1103工作面为工程背景,采用数值模拟和现场实践等方法,对地面钻孔瓦斯抽采后,采空区自燃“三带”的变化规律进行了分析研究,并给出了相关自然发火对应防治措施。结果表明,北1103工作面经地面钻孔抽采瓦斯后,采空区散热带宽度由56 m增加至61 m;氧化带宽度由29 m增加至39 m;窒息带宽度由315 m减少至300 m。本次研究有效解决了北1103采空区瓦斯涌出量大与自然发火隐患问题。研究结果适用于魏家地煤矿采取综合立体瓦斯抽采治理模式的工作面,极大地保护了工作面安全回采,对落实矿井的安全高效生产及经济价值效益具有良好的工程示范意义。     

瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统研究与应用

为了解决高瓦斯易自燃煤层工作面采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治智能化程度低、缺乏灾害风险的精准分级管控等问题,构建了以瓦斯抽采与自然发火监测数据为基础、以风险分级智能化管控为核心的瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统。采用API接口调用方式建立数据采集平台,构建了基于多源信息融合、K-Means聚类分析、预警规则知识库等方法的分析预警模型,设计开发了瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统软件,实现了复合灾害的精准监控、风险动态评判和智能预警。在试点工作面的应用结果表明,该系统可直观展示复合灾害监测预警信息,使采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治工作透明化,有效提升了灾害防治的智能化水平。     

红阳二矿12号煤层标志性气体实验研究

针对红阳二矿12号煤层遗煤氧化的规律与特点，有效地进行防灭火工作，掌握采空区中遗煤氧化的速度，对红阳二矿12号煤层进行了煤样升温氧化实验，在温度不断升高的过程中检测出CO与多种烯烃气体，并且在不同温度下煤体析出气体的速度不同，最终选择CO、C₂H₄、C₂H₂作为标志性气体，产生的临界温度分别为59、176、403 ℃。在采空区检测出CO气体，说明采空区遗煤进入快速氧化阶段；检测出C₂H₄气体时，遗煤进入剧烈氧化状态；检测出C₂H₂气体时，说明采空区中已经产生明火，井下人员需要迅速撤离。通过煤体标志性气体的确定，建立12号煤层自燃预警系统，保证井下工作人员的生命安全与能源的充分利用。     

基于FEMLAB的采空区煤层自然发火影响因素数值模拟

为了解决采空区煤层气抽采效率低、采空区漏风、煤层自然发火等问题,建立了采空区流场和温度场耦合数学模型,利用FEMLAB软件对采空区气体流场分布进行了数值模拟,分析了有无抽采对采空区煤层气改变氧化升温带的主要影响因素,以此研究合理的抽采位置、抽采方法、抽采量及工作面推进速度。研究发现,在推进度v=2.0 m/d下,采空区经历了缓慢氧化、加剧氧化和激烈氧化3个过程,70 d后发生采空区自燃;在推进度v=2.6 m/d下,采空区在100 d后发生采空区自燃;采空区自燃危险区域应在35~280 m,自燃氧化带宽度约为245 m。     

双巷直注液态二氧化碳防灭火技术

羊场湾煤矿容易自燃煤层大采高综放工作面,因设备老化、工作面推进速度缓慢,工作面采空区出现自然发火征兆。在分析二氧化碳特性及双巷注二氧化碳原理的基础上,构建两巷直注液态二氧化碳系统。冷却、惰化采空区,并提高采空区“两道”压能,减少采空区漏风及有毒有害气体溢出,消除自然发火隐患,保证了工作面安全生产。     

青岗坪煤矿自然发火标志气体来源研究

为优化顶板含油煤层自然发火预测预报标志气体指标体系，采用现场取样和实验室检测方法研究了青岗坪煤矿采空区内气体的来源，确定了煤层原生气体和含油顶板气体的具体成分。研究结果表明:青岗坪煤矿42016工作面采空区内CO来源于采空区遗煤的低温氧化，煤层原生气体与油气成分中都含有C₂H₆，但都不含有C₂H₄、C₂H₂，烯烷比（C₂H₄/C₂H₆）与链烷比（C₃H₈/C₂H₆）均不适合作为判断青岗坪煤矿自然发火进程的指标。     

综采工作面停产期间防灭火监测及管理

以长期停产的综采工作面为例,介绍了通风系统调整、封堵漏风通道、采空区蓄水、喷洒阻化剂及注氮防灭火等综合防灭火技术管理手段。以综采工作面架间温度、采空区温度,工作面架间CO,采空区、工作面回风巷CO及自然发火标志性气体为监测对象,经现场试验,综采工作面采空区及回风隅角CO浓度显著降低,综采工作面采空区温度显著降低。通过综合防灭火措施的有效实施,破坏了采空区遗煤自然发火所需的蓄热条件,杜绝了采空区自然发火隐患,取得了良好的防灭火效果,保证了综采工作面在停产期间的安全,为工作面后期正常安全回采创造了有利条件。