工作面掘采时期邻近采空区动态漏风规律研究

为了探究工作面巷道掘进与回采时期邻近采空区动态漏风规律，基于风阻定律，建立漏风模型，并结合现场实测研究邻近采空区回风风路两端风压差ΔH及通道漏风风阻R对漏风的影响。研究表明随温度升高大气压力下降加之掘采变化造成通风系统由局部正压通风变为全负压通风，邻近采空区工作面回风侧压力骤降，最大为1303Pa;3月份掘进时期内外压差变化范围小于9月份回采时期，4号测点内外压差值变化范围由掘进时期-2～14Pa变为回采时期-24～11Pa，该规律反映出回采时期漏风较大的特点|区域空间变化，回采时期4号测点内外压差整体高于5号测点，表明5号测点采空区内部与外部联通较好，风流交换频繁。SPSS相关性分析表明，受时空变化影响采空区内外巷道压力间的显著相关性与实际漏风状况较为吻合。研究对于了解工作面邻近采空区漏风规律，指导工作面防灭火具有重要的现实意义。     

稳定释放SF_6条件下孤岛面漏风规律试验研究

基于连续定量稳定释放SF_6测漏风的基本原理和假设,建立了孤岛面采空区漏风定量计算模型。在孤岛工作面开展漏风试验,利用建立的模型对定量测量点进行了计算。最后,结合漏风测试和采空区岩石冒落规律,分析了孤岛面的漏风规律,结果显示,在距离工作面较近的邻近采空区,回风侧漏风大于进风侧,且在回风侧邻近采空区巷道形成两个氧化带,增加了回风侧的自燃危险性。     

浅埋深煤层采空区自燃危险区判定及防治技术

浅埋深煤层工作面在开采过程中受采动影响更易产生与地面连通的裂隙，从而导致采空区漏风供氧增加、遗煤自然发火隐患增大。为尝试解决这一问题，以李家塔煤矿2号煤层首采1201工作面为研究对象，现场实测了工作面通风参数、采空区内进、回风两侧氧气体积分数的变化规律；CFD仿真模拟了不同供风量下采空区内部自燃危险区域的分布特征；并在此基础上提出了氧化区惰化降温、漏风区域控风堵漏、覆盖遗煤阻隔煤氧化反应“三位一体”的采空区遗煤自燃综合防灭火技术措施。结果表明：1201工作面采空区自燃危险分布范围为：进风侧86～222m，回风侧54～156 m。     

复杂条件下采空区自燃危险区域分布研究

在高河矿W1310工作面布置采空区束管监测系统,并利用氧气浓度划分采空区危险区域,研究了断层和沿空留巷漏风的复杂条件对采空区自燃危险区域的影响。对比断层前后测点观测结果,发现局部地质异常对采空区自燃危险区域影响不大。建立数值模拟模型,对比数值模拟和现场实测结果,发现Y形通风沿空留巷漏风使回风侧危险区域向采空区深部移动。     

综放工作面采空区“三带”分布规律分析

通过在阳湾沟煤矿6202综放工作面采空区现场埋管观测,取得了采空区内进、回风侧不同测点距工作面不同距离处温度、O2、CO气体浓度等参数,分析得到了采空区内O2浓度及漏风强度的分布规律。依据"三带"划分方法对阳湾沟煤矿自燃危险区域进行了划分,确定了6202综放工作面采空区"三带"范围,并根据氧化升温带宽度及浮煤最短自然发火期确定了工作面极限推进速度。     

急倾斜薄煤层采空区煤自燃和瓦斯爆炸危险区域分布特征

为提高急倾斜煤层伪斜开采条件下瓦斯与煤自燃综合防治效果,基于煤自燃"三带"划分标准和瓦斯爆炸三角形,建立采空区自燃"三带"分布的数学模型,利用COMSOL Multiphysics5.2模拟软件,对东林煤矿3409工作面采空区孔隙率、气体浓度、温度等参数进行模拟分析。结果表明:采空区上部孔隙率较大,下部除回风巷道边缘处较大外,其他区域孔隙率相对较低;氧气浓度结合漏风速度共同划分氧化带范围为:在进风侧氧化带宽23.2 m,在回风侧宽37.6 m,高温区域主要集中在回风侧、采空区的下部距离工作面较近区域;采空区上部瓦斯浓度相对较低,下部瓦斯浓度相对较高;瓦斯爆炸危险区域为中间工作面支架处区域范围为爆炸危险区域。     

大采高综采工作面采空区煤自燃危险区域研究与判定

大采高工作面由于围岩压力大、回采速度慢和漏风量大等特点造成煤自燃火灾防治难度较大。因此，采用数值模拟和现场观测相结合的方式研究了梅花井232204大采高工作面煤自燃危险区域分布特征。结果表明：采空区漏风风流从进风巷向回风巷方向渗流，造成氧气浓度在进风侧比较高，且高氧气浓度的范围大，在回风侧氧气浓度相对较低，高氧气浓度的范围也显著缩小。随埋入采空区距离增大氧气浓度逐渐降低，进回风侧氧气浓度分别在105 m和80 m降低到8%。综合判定得到232204工作面采空区的氧化升温带范围在进风区域和回风区域分别为40～105 m和28～80 m。研究结果可为大采高综采工作面采空区防灭火工作提供指导。     

浅埋煤层综采工作面采空区自燃危险区域判定技术

为了解决浅埋煤层大采高综采面漏风严重,采空区自燃危险区域范围难以判定的问题。以柠条塔煤矿N1201综采面为例,采用采动裂隙相似模拟实验、SF6气体漏风通道检测技术、采空区两道预埋束管监测技术以及Fluent数值模拟等多种监测和应用手段,综合分析浅埋煤层大采高综采面采空区自燃危险区域。研究结果认为综采面因漏风严重,采空区距离工作面5~500m以深的采空区均属于自燃危险区域范围,尤其是2个顺槽的自燃危险性更大;同时也证明了采用多种监测技术相结合的方法判定浅埋煤层综采面采空区自燃危险区域范围的正确性。     

基于示踪气体的“U”型通风工作面煤自燃治理技术

分析了底抽巷的存在对邻近上分层采空区漏风的影响,通过定点释放示踪气体确定了漏风源和漏风汇,初步判断了采空区的内外部漏风通道。示踪气体测试漏风通道试验表明,该工作面采空区完全处于漏风中,漏风源为进风隅角、底抽巷;漏风汇为上隅角和密闭墙。最后根据漏风通道和O2浓度,对采空区"三带"进行了划分,并判定了煤自燃危险区域,根据测试结果,对采空区进行了防治,效果明显。     

基于双示踪技术浅埋煤层采空区地表漏风规律研究

为研究浅埋煤层开采抽出式通风工作面上覆地表裂隙对采空区漏风的影响,以补连塔煤矿22310工作面采空区为研究对象,采用双元示踪技术,对该抽出式通风工作面采空区地表漏风规律进行动态试验研究。研究结果表明：该工作面采空区对应地表有效漏风走向范围为0～［123m,137m)|在工作面倾向上,靠近采空区回风侧漏风大于进风侧|通过计算比较得到,越靠近工作面,采空区内漏风风速越大。该研究对类似工作面采空区漏风防治有一定的指导意义。     

注氮对相邻采空区自燃“三带”影响模拟研究

相邻工作面开采会导致复杂的漏风情况,浮煤易自燃,增大防火工作的难度。为明确相邻采空区自燃“三带”分布特征及确定最佳注氮防灭火参数,以贵州某矿4244工作面为背景,结合现场实测,应用Fluent流场分析软件,模拟研究不同注氮方案下采空区氧气浓度场分布规律。结果表明,实测结果与模拟相吻合,验证了模拟的可靠性;当注氮位置为X=50 m,注氮流量为100 m3/h时,采空区进、回风巷侧氧化带宽度分别为7 m和38 m,能明显减少本采空区氧化带面积,且能防止氧化带距工作面太近;此工作面进风侧注氮对相邻采空区氧化带影响范围较小,这要求在回采过程中需要对煤柱进行加固,降低孔隙率,控制漏风,减少氧气进入相邻采空区,降低煤自燃风险。模拟结果为相邻采空区灾害防治工作提供了的理论指导。     

矿井深部复杂含煤区域断层探测实践

结合井田断层发育特点及构造充水特征,通过在北翼边界回风巷开展矿井震波超前探测及矿井瞬变电磁探测,并基于其探测成果,针对性的开展了钻探验证工作,结果显示:①在3206下顺槽里端向外85m范围内不存在断裂。②所探范围不存在与强含水层贯通的导水裂隙,由此推断工作面对应范围不存在来源于外侧水平以上方向的水害隐患。③震波超前探测及矿井瞬变电磁探测在矿井深部复杂含煤区域的背景下,对断裂探测的成果具有可靠性,可为其他矿井深部断裂探测提供借鉴。     

锚支巷道沿空延迟冒落采空区风流规律研究

锚杆锚索支护的回采巷道采后不及时冒落，形成特殊的沿空漏风边界的采空区流场．运用有限元数值模拟方法，结合铰法小青矿S2—705工作面现场实际，从理论上描绘了采空区漏风流动规律的改变特征。给出风流强度分布图解．研究认为，不冒落形成的沿空漏风边界是工作面向采空区的漏入、漏回的主流边界。漏风强度最高；贴近工作面边界的冒落非压实带存在平行渗流．这种流势导致了在下游回风侧的沿空巷道内形成瓦斯集聚，并提出了预先拆锚杆卸顶或局部通风机抽排放两种解决途径．图5，参5．     

综放沿空巷周围煤体自燃升温过程的数值模拟

用有限元数值模拟方法，对综放沿采空区侧巷道周围煤体内的漏风流态、氧气消耗及温度升高进行了研究，联立求解了流场中的漏风渗流方程、氧浓度渗流-扩散-消耗方程和传热方程．重点描述了沿空煤柱内的自燃特征和升温过程，得到自然发火期与煤耗氧速度呈反比例关系，而对漏风强度影响不大；漏风强度增大只能使煤体内高温区范围扩大，相对提高自然发火几率。     

综放面采空区遗煤自然发火特点及环境分析

根据综采放顶煤开采技术的开采特点及现场调查和观测,总结出综采放顶煤工作面采空区自然发火的主要特点。在分析综放开采条件下采空区煤体所处环境的基础上,通过对采空区浮煤厚度、松散煤体空隙率、采空区漏风强度、工作面推进速度、采空区围岩原始温度等关键因素的分析研究,指出采空区遗煤所处环境的变化将会引起浮煤自燃过程的动态变化。     

浅埋深高瓦斯工作面瓦斯抽放对采空区自燃“三带”的影响研究

以五虎山煤矿010908工作面为背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测等手段对浅埋深高瓦斯工作面瓦斯抽放对采空区自燃"三带"影响进行研究。研究结果表明:当瓦斯绝对涌出量与采空区漏风量处于均衡状态时,此时瓦斯对煤自燃将出现明显的耦合影响;当采空区漏风量小于瓦斯绝对涌出量时,采空区遗煤自燃将受到阻碍;与之相反,当漏风量大于瓦斯涌出量时,采空区遗煤自燃受瓦斯涌出量的影响较小;高位钻孔与工作面距离越远,采空区内部的漏风路径也越长,采空区氧化带、窒息带所处的区域越向采空区深部扩大,但靠近工作面一侧的氧化带范围并没有出现明显变化。     

辛置矿综采工作面采空区自燃“三带”分布研究

为了研究辛置煤矿2-109综采工作面采空区自燃“三带”分布范围,采用采空区埋管的方式对工作面正常推采期间采空区内温度和O2浓度的变化规律进行监测,得到了采空区进风侧、中部(靠进风侧)、中部(靠回风侧)、回风侧的范围,为矿井制定采空区防火措施做好基础。     

U型通风工作面采空区漏风规律研究

通过SF6示踪气体法对温庄煤矿15012 U型通风工作面采空区进行漏风测定。结果显示，15102工作面漏风率为16.31%，采空区内存在多条漏风通道，漏风风速为0.032～0.128m/s。数值模拟结果显示，U型通风系统采空区内漏风风流流线呈U形分布，由工作面进风侧流入，回风侧流出。工作面下隅角区域采空区上部，更易发生自燃。采空区三带呈条状分布，三带范围随高度升高而变化，氧化带随高度增加先增大后减小，散热带随高度增大而缩小，高度大于16.3m时消失。     

采空区自燃三带时空演化特征与防治技术研究

针对红会一矿1715综放工作面采空区外因火灾隐患，从时空演化的角度分析了工作面具体冒落情况，优化了工作面采空区孔隙率、渗透率动态分布模型，结合COMSOL数值模拟软件计算了该工作面推进不同阶段采空区三带范围及漏风情况，提出了适宜该工作面的时空联合火灾治理措施。结果表明：总配风量一定情况下，“两进一回”W型通风方式“三带”范围比U型通风方式更小，后者漏风情况更为严峻，自燃发火隐患更大|而采用“两进一回”W型通风方式后，随总配风量增加，自燃三带范围增加且向采空区深部延展，最终确定进风巷风量为300m/min、辅助通风巷风量为400m/min的配风方案为该工作面火灾治理期间最佳通风方案，自燃区域最窄|依据时空联合防治技术方案，于1715工作面进行了现场验证，1715工作面外因火灾隐患得到了有效解决，对国内类似火情治理具有重要借鉴意义。     

顶板巷抽采量对采空区遗煤氧化区域的扰动效应

顶板巷瓦斯抽采作为一种常用的采空区瓦斯抽采技术手段,在有效治理工作面瓦斯超限问题的同时可能诱导采空区遗煤自燃的发生。为了深入分析顶板巷抽采量对采空区遗煤氧化的扰动效应,本文根据义马耿村煤矿13190工作面的工程条件,建立了同尺寸物理模型并求解了采空区漏风流场和氧气浓度场。结合现场实测数据,在验证模拟可靠性的基础上,以工作面向采空区漏风量的大小、采空区氧化区域的宽度、深度和面积为指标,探讨了顶板巷抽采量变化采空区遗煤氧化的扰动效应。研究结果表明:① 随着顶板巷抽采量的增加,工作面向采空区的漏风区域和漏风量逐渐增大;② 随着顶板巷抽采量的增加,采空区遗煤氧化区域的边界向采空区深部移动,氧化区域的宽度和面积逐渐增大;③ 鉴于顶板巷抽采量对采空区漏风量和氧化区域的扰动效应,应合理设置顶板巷抽采量的大小,以达到瓦斯与煤自燃灾害协调防治的目的。