尾巷负压对采空区瓦斯涌出和自然发火影响的模拟研究

为了解决高瓦斯煤矿增加内错尾巷来治理瓦斯对自然发火不利的问题,以石港煤矿为例,对采空区和工作面现场所测风量、气体成分、温度数据进行相似模型的建立,运用数值模拟得到渐变通风参数下的采空区可能自燃带范围和瓦斯涌出的变化规律,以煤层自燃倾向性报告和瓦斯涌出量报告中最短自然发火期和瓦斯涌出数据作为评价通风参数是否合理的依据.结...     

尾巷对采空区瓦斯流场影响的数值模拟

以数值模拟为主要手段,结合现场实际,分析了尾巷对五虎山煤矿1201工作面采空区瓦斯流场的影响,结果表明:尾巷对工作面采空区瓦斯流场的影响主要体现在上隅角附近,能有效地降低上隅角瓦斯浓度;尾巷对工作面采空区瓦斯流场的影响主要集中在采空区回风侧,且距离底板越远,尾巷在水平方向的影响面积越小;1201工作面瓦斯涌出大部分来自上邻近层,涌出的瓦斯易积聚在采空区上部,尾巷对工作面及采空区瓦斯流场的影响区域有限;高位钻孔终孔布置在其上覆岩层中,尾巷对1201工作面高位钻孔的抽放基本不产生影响。研究结果为接续无尾巷工作面的瓦斯治理工作提供了依据。     

尾巷改变采空区瓦斯流场的数值模拟研究

为了研究尾巷配置对采空区瓦斯流场的影响,根据N1-2工作面的巷道布置情况,建立了配置尾巷的工作面与采空区数学物理模型.结合周期来压对采空区冒落物孔隙率的影响,按周期来压步距分析了孔隙率阶跃变化,合理计算了分段渗透率大小.根据气体在多孔介质中的渗流理论,将FLUENT中3种湍流模型的模拟结果与实测结果对比,选择Realizablek-ε模型对不同条件下的采空区漏风场和瓦斯体积分数场进行模拟,模拟结果与现场效果表明:均匀渗透率和分段渗透率条件下的瓦斯场分布模拟结果与实测瓦斯体积分数对比,分段渗透率的模拟结果更接近实测值;受采空区瓦斯体积分数梯度与渗透率变化的影响,尾巷配风量越大上隅角漏风量越小,尾巷步距越小临近工作面区域的瓦斯体积分数越低,综合尾巷联络巷的施工量与回风顺槽配风量,尾巷步距为50 rn,配风量为总进风的2/3时效果最佳;现场结合尾巷步距、风量分配与调节、周期来压等因素制定了综合措施,提高了尾巷利用率,有效解决了配置尾巷的综放工作面上隅角及尾巷口瓦斯波动超限问题.     

采空区自然发火多场耦合数值模拟研究

采空区遗煤自然发火严重制约着煤矿的安全生产,其受到渗流场、扩散场、化学反应场以及多孔介质传热场共同作用影响,基于这一特点,本文采用有限元数值模拟手段对采空区内部自然发火多场耦合作用进行细致研究,并通过模拟结果与现场实测数据比对验证了模拟的可行性以及模拟结果的可靠性。研究结果表明:依靠传统的三带划分方式并不能很好的确定采空区可能自然发火位置,此外,工作面漏风入口后部煤体温度变化明显,在实际工作中该区域范围应作为重点监控对象。     

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。     

尾巷对采空区煤自燃影响的数值模拟研究

为了研究尾巷对采空区煤自燃的影响,建立了带有尾巷的三维采空区的几何模型,利用UDF编写采空区碎胀系数和孔隙率的分布函数,从尾巷的联络巷间距和回风巷与尾巷之间的压差两个方面进行了模拟.结果表明:尾巷的联络巷间距对采空区自燃有重要的影响,闻距增大,采空区自燃带的宽度也增大,越靠近回风侧,宽度增加越快;回风巷与尾巷之间的压差...     

综放面抽放瓦斯尾巷的自然发火原因与防治

本文对用于抽放采空瓦斯尾巷的发火原因及影响因素进行了分析 ,并提出了预防及治理措施     

采煤工作面采空区流场模拟及煤自然发火预测

煤自然发火是一个较为复杂的煤氧复合反应的过程,由于煤本身的煤质特点和其在开采时的周围蓄热情况的复杂性决定了煤自然发火预测的困难性。实验得出的煤本身的自燃特性参数,结合现场观测生产中煤的外部蓄热等情况,采用软件模拟的方法,对煤自然发火预测进行了研究,避免了实验与现场实际结合度低的缺点,预测较为准确,为矿井防治煤层自燃提供了参考。     

高抽巷负压对采空区瓦斯涌出和自然发火的影响

为了使瓦斯高抽巷达到最佳的抽采效果,通过数值模拟,得出郑煤集团某矿顶板瓦斯高抽巷正常抽采期间的最优抽放负压,以期为具有自然发火的高瓦斯矿区顶板瓦斯高抽巷抽放参数的合理确定提供科学依据,从而实现矿井瓦斯防治和防灭火工作的协调统一。     

地面钻孔抽采对采空区瓦斯运移及自然发火的影响数值模拟研究

地面钻孔抽采导致采空区漏风增加,采空区内瓦斯及氧气浓度分布发生变化,影响采空区自燃危险性。采用数值模拟的方法,对不同钻孔抽采量和抽采位置条件下采空区氧化带宽度及瓦斯浓度分布情况进行了模拟,研究结果表明,经地面钻孔抽采后,采空区两侧瓦斯浓度降低,高浓度瓦斯位置整体后移,但自燃氧化带宽度随之增加。随着抽采流量增加,瓦斯浓度降低,氧化带宽度增加;在靠近工作面及采空区深部位置布置钻孔进行联合抽采时,瓦斯浓度及自燃氧化带分布较为理想。采用多孔联合抽采方式时,在合理的布孔间距和抽采流量条件下,既可以降低采空区瓦斯浓度又能控制自燃氧化带宽度范围,能够有效解决采空区瓦斯涌出与自然发火问题。     

基于钢筋砼支柱的内错瓦斯尾巷底臌控制机制

为解决高瓦斯综放工作面内错瓦斯尾巷强烈底臌问题,采用现场实测、理论分析及相似模拟的方法揭示了底臌机制,并据此提出针对性的控制方法。结果表明:在支承压力作用下,底板两侧煤体发生剪切破坏,导致底板被切割为三角区,并在下侧塑性区挤压下抬升形成整体"一"字形底臌;受采动应力的强烈影响,两帮松动圈不断扩大,巷道有效跨度增加,巷帮下底板相继出现新的剪切滑移面,使更多底板煤体参与底臌,导致底臌量不断攀升。基于内错瓦斯尾巷底臌机理及其对支护方面的特殊要求,研发了新型大底座钢筋砼支柱,通过其"控底-助帮"作用实现底臌控制。即沿尾巷轴线布置一排钢筋砼支柱,将顶板荷载传递致底板中央以对其施加反向约束,继而减轻两帮载荷,抑制巷帮松动圈范围扩大,最终实现底臌控制。该控制方法应用于阳煤集团二矿80704综放工作面内错尾巷,成功维护了底板稳定。     

煤田露头自燃火风压数值的理论分析

通过对煤田露头自燃的调查,利用渗流运动方程、气体状态方程和传热学等有关理论,对火风压影响因素进行了分析,得出自燃点深度、煤层赋存倾角、渗透率、地形和风速等对火风压的贡献.重点是通过调查建立了煤田自燃物理模型,并利用流管、气体能量方程等求出在地形、风速等影响下的火风压计算式.     

Experimental simulation and numerical analysis of coal spontaneous combustion process at low temperature

The characteristic of coal spontaneous, combustion includes oxidative property and exothermic capacity. It can really simulate the process of coal spontaneous combustion to use the large-scale experimental unit loading coal ! 000 kg. According to the field change of gas concentration and coal temperature determined through experiment of coal self-ignite at low temperature stage, and on the basis of hydromechanics and heat-transfer theory, some parameters can be calculated at different low temperature stage, such as, oxygen consumption rate, heat liberation intensity. It offers a theoretic criterion for quantitatively analyzing characteristic of coal self-ignite and forecasting coal spontaneous combustion. According to coal exothermic capability and its thermal storage surroundings, thermal equilibrium is applied to deduce the computational method of limit parameter of coal self-ignite. It offers a quantitative theoretic criterion for coal self-ignite forecasting and preventing. According to the measurement and test of spontaneous combustion of Haibei coal, some token parameter of Haibei coal,spontaneous combustion is quantitatively analyzed, such as, spontaneous combustion period of coal, critical temperature, oxygen consumption rate, heat liberation intensity, and limit parameter of coal self-ignite.     

露天煤堆群自燃特性的数值模拟

为了研究露天煤堆群中各煤堆之间自燃趋势的差异,采用数值模拟方法分析了先低后高、等高、先高后低3种排列方式下煤堆群整体的温度及CO分布情况,结果表明：迎风向首座煤堆的形状规模会影响后方煤堆的漏风强度,首座煤堆越高,掠过的风流越不易直接进入第二座煤堆;在堆放18 d时先高后低排列方式的煤堆群高温区面积较其他2种排列方式的显著缩小;CO最易集聚的地点在2座煤堆之间区域,煤堆高度不均易使风流绕过煤堆后形成大面积低速涡流,产生CO富集区;煤堆间距从2 m增大至8 m后,煤堆间CO质量分数从2.3×10^-5降低至1.2×10^-5以下。煤堆群中每座煤堆体现出不同的自燃危险性,日常安全管理应考虑煤场中每座煤堆的自燃特性,合理制订防火技术方案,及时采取防火措施。     

Dynamic mathematical model and numerical calculation method on spontaneous combustion of loose coal

Through the experiment of coal spontaneous combustion and relationship particle size with oxidation character of loose coal, some calculation formula of characteristic parameters is got in the process of coal spontaneous combustion. According to these theories of porous medium hydrodynamics, mass transfer and heat transfer, mathematical models of air leak field, oxygen concentration field and temperature field are set up. Through experimental and theoretical analysis, 3-D dynamic mathematical model of coal spontaneous combustion is set up. The method of ascertaining boundary condition of model is analyzed, and finite difference method is adopted to solve 2-D mathematical model.     

多元硫化物对煤体微观形貌和自燃特性影响的研究

为了研究井下多元硫化物对煤体微观形貌和自燃特性的影响,分别测试了不同含硫量煤样的真密度、孔隙率、微观形貌和吸氧量等参数。结果表明:煤样孔隙率随含硫量的增大而增大;原煤样加入FeS2和FeS,使表面细微颗粒物增多;经氧化升温,块状煤体破碎成若干细颗粒,促进了煤的自燃;FeS对促进煤的低温吸氧和缩短煤的自然发火期的作用略大于FeS2;在相同煤温条件下,CO产生量随硫含量的增大呈先增大后减小的趋势,硫含量分别为3%和4%时,CO和C2H4的产生量最大。     

顶煤自燃危险性分析及注氮防火的理论研究

为了在理论上了解煤巷顶煤高冒区自燃升温规律，判断危险区域位置和研究注氮防火效果，在假设煤氧化速率符合Arrhenius规律的基础上，利用FLUENT软件求解了高冒区内漏风风速和氧气浓度的稳态和温度的动态分布，并对注氮后带来的冷却效果进行了推测。计算结果表明：高冒区内自燃升温体现了一个缓慢-加速的过程，贴近巷道的部分温度最低，深部次之，高温区域位于顶煤中部偏进风侧，高温区的升温速率随着巷道风速的增加而变快，当风速低于一定程度后自燃不会发生。在平均粒径保持不变时，顶煤孔隙率越大，升温幅度同样会加快。高温区域注氮可以起到明显的降温效果，短时间内注氮口附近温度显著降低，降温效果逐渐向中部和回风口延伸。     

综放工作面采空区自然发火的数值模拟研究

采用有限元数值模拟方法求解了综采放顶煤工作面采空区风流运动规律的三维非定常气体渗流方程, 用该数值计算模型（ 软件程序） 能够较为有效地反映出采空区内的风流压力和速度分布情况, 结合实例, 给出了采空区内自然发火影响带与漏风风量的关系．     

工作面临界压力梯度与采空区自燃氧化带宽度研究

?为了研究采空区自燃氧化带与工作面通风压差的关系,建立了工作面长度分别为60,90 m的采空区物理模型;利用FLUENT计算了6个不同工作面压差下的采空区渗流流动,得到共计12个工况下的渗流流场。数值计算结果表明:随着工作面压差增大,自燃氧化带向采空区深部移动,且该带范围变宽;随着工作面长度增加,自燃氧化带向采空区深部移动,且该带范围变宽;长度为60,90 m的工作面,临界工作面压差分别为25,35 Pa,得到了沿工作面长度方面的临界压力梯度约0.400 0 Pa/m。工作面临界压力梯度可作为工作面通风设计及采空区煤炭自燃防治的参考依据。     

煤低温氧化结构变化规律与煤自燃过程之间的关系

为了更深入地认识煤自燃的发生和发展过程,利用红外光谱对煤在不同氧化温度情况下的结构变化进行了测试,煤中大部分官能团随氧化温度上升其数量不断减少,这些官能团均是还原性较强的基团,是与煤中主体芳环连接的活性结构.与此同时,醛、酮、酯类羰基、芳香酮、醛类羰基等类含氧基团或者从无到有,或者官能团数量不断增加.煤体中不同结构具有不同的氧化活性,不同结构需要不同的温度条件才能够发生明显的氧化反应并释放相应的热量,由此可以得出：煤自燃过程是因为煤结构中不同官能团（活性结构）由于活化需要的温度与能量不一样,先被活化而发生氧化反应的官能团释放能量使其它需要更高活化温度和能量的官能团活化而进一步与氧发生反应释放更多能量,不同官能团依次分步渐进活化而与氧发生反应的自加速升温过程.