高瓦斯易自燃煤层采空区抽采瓦斯方法对比分析

为了研究高瓦斯易自燃煤层采空区瓦斯与火灾复合灾害共存的情况下抽采瓦斯对采空区遗煤自然发火的影响,以彬长矿区文家坡煤矿高瓦斯易自燃的首采4101工作面为研究对象,利用ANSYS三维可视化数值模拟软件,建立了采空区漏风流场的数值模型,定量对比研究了高位钻孔抽采、邻近巷抽采和埋管抽采3种不同抽采瓦斯方法下采空区瓦斯浓度分布、采空区漏风流场以及采空区"三带"宽度范围变化的差异性。研究结果表明:采用高位钻孔抽采方法时采空区漏风流场和自燃带宽度范围在采空区深部30 m范围内的影响和变化都相对较小,能够有效的减少采空区瓦斯与火灾复合灾害的发生,从而对工作面的安全高效回采提供保障。     

高抽巷抽采对煤自燃带影响的理论分析

为研究高位巷道瓦斯抽采对煤自燃三带分布的影响,从理论方面分析高位巷道瓦斯抽采条件下,漏风通道的形成机理及其漏风动力来源,高位巷道与采动裂隙带相互贯通形成立体漏风通道,负压抽采及内生火风压联合作用产生漏风动力.推导出高位巷道负压值与采空区深度x处漏风比流量的关系式,分析表明高位巷抽采会增大进风侧自燃带的宽度,缩小回风侧自...     

高位巷道合理瓦斯抽采量研究

基于高瓦斯易自燃煤层巷道瓦斯抽采技术,结合耿村13190工作面现场实际,以煤自燃防治为出发点,运用理论分析、数值计算、风排瓦斯等多项指标,综合分析了高位抽采巷合理抽采量问题,认为13190工作面高抽巷抽采量在180～190 m3/min之间比较合理,有利于处理瓦斯与火共存的采空区自燃管理。     

赵庄矿高抽巷抽采负压优化模拟研究

为研究高抽巷抽采负压对治理采空区瓦斯的影响并寻求最优抽采参数,以赵庄矿1309工作面为背景,通过数值计算得到布置垂高应为25m,平距应为20m。通过FLUENT软件对进行高抽巷不同抽采负压条件下的数值模拟,并采用UDF程序定义采空区参数使模拟结果接近实际。模拟结果表明：在无抽采模型下,工作面上隅角瓦斯浓度最高可达18%,影响安全回采。高抽巷抽采条件下增大抽采负压,采空区瓦斯浓度降低,上隅角附近的低瓦斯浓度区域由不存在逐渐扩大。高抽巷瓦斯体积分数及抽采纯量在抽采负压高于20kPa后增量趋于平缓。为保证抽采效果同时避免采空区漏风,确定合理抽采负压为20kPa。现场实测高抽巷瓦斯抽采纯量平均为43.93m/min,与模拟结果基本吻合。     

高位巷道瓦斯抽采对煤自燃三带分布影响研究

为研究高位巷道瓦斯抽采对煤自燃三带分布的影响,运用理论分析结合现场实测,在考虑遗煤瓦斯涌出及高位巷道抽采影响因素的基础上,基于氧气体积分数建立了高位巷道抽采下采空区三带的划分方法,结合现场实测得出:高位巷抽采致使进风侧自燃带加宽,回风侧自燃带范围缩小的结论。     

注氮条件下瓦斯抽采对采空区自燃“三带”的影响

为了解决高抽巷抽采引起采空区漏风量增加导致采空区遗煤自燃倾向增大的问题,针对正行煤矿1502综放工作面开采具有高瓦斯易自燃的特点,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,通过Fluent软件模拟了采空区未采取注氮和抽采措施、高抽巷抽采和注氮条件下高抽巷抽采等3种情况的采空区瓦斯浓度场、漏风场、氧气浓度场的变化情况,得出了采空区自燃"三带"分布范围:散热带0~23 m,氧化带23~69 m,大于69 m为窒息带;将采空区自燃危险性区域确定为23~69 m。根据以上结果,对注氮效果、抽采负压进行评价,完善了采空区在注氮条件下高抽巷抽采防灭火系统。     

高位钻孔抽放对采空区瓦斯与火灾防治效果分析

为了研究采空区瓦斯与火灾复合灾害共存的情况下,瓦斯抽放对采空区煤自然发火的影响,利用Fluent数值模拟软件,研究高位钻孔抽采方式时采空区瓦斯浓度分布规律,漏风流场及采空区氧化带宽度变化情况。得出高位钻孔抽采时,采空区底板附近漏风流场影响较小,自燃带宽度变化较小,能减少瓦斯与火灾复合灾害的发生,从而为工作面的安全高效回采提供了有效保障。     

综采放顶煤工作面高位巷抽采关键技术研究

为了保证九里山矿1508工作面采空区瓦斯治理效果,通过现场数据测定、实验考察和理论分析,研究了推进度、抽采负压、抽采管网等高位巷抽采关键参数。研究结果表明,工作面煤层越厚、推进度越快,瓦斯涌出量越大;孔抽期间理想抽采负压为25～30 kPa、巷抽期间理想抽采负压为5～10 kPa,高位巷并联支路及管路阻力会影响高位巷的抽采效果。     

基于采空区防治的最优抽采负压确定研究

为了研究抽采条件下采空区自燃规律,采用束管监测、数值分析的手段得出不同抽采负压条件下氧浓度的立体分布及等值线图。研究结果表明:随着抽采负压的增大,采空区自燃"三带"中,散热带与自燃带变宽,窒息带变窄,同时自燃带整体呈现向采空区深部运移的趋势;瓦斯浓度随着抽采负压增大呈下降的趋势;结合采空区自燃带与瓦斯浓度的变化趋势,得出合理的抽采负压范围为24～34kPa。     

注氮条件下不同抽采负压对采空区氧化宽度影响

针对正行煤矿1502综放工作面开采具有高瓦斯易自燃的特点,现场进行采空区"三带"测试,并对测试数据进行分析.运用气体渗流理论通过FLUENT6.3模拟了注氮的同时改变高抽巷抽采负压情况下采空区瓦斯浓度场、漏风场、氧气浓度场.通过FLUENT模拟技术,观察高抽巷不同抽采负压与回风巷上隅角瓦斯浓度大小之间的关系,并建立这种关系的拟合方程,计算出回风巷上隅角瓦斯浓度不超限时的最低抽采负压.根据模拟的注氮条件下不同负压抽采时漏风场和氧浓度场等值线图绘制出采空区自燃"三带"的划分图.得到了不同抽采负压与自燃带宽度之间的关系,并将这种线性关系拟合成方程,从而确定了高抽巷抽采负压的最佳范围,既可以预防上隅角瓦斯超限,又防止了采空区遗煤自燃事故的发生.     

顶板长钻孔替代高抽巷抽采控瓦斯与采空区注氮防火耦合治理研究

高瓦斯矿井易自燃煤层,工作面受上隅角瓦斯超限与采空区遗煤自燃双重威胁。为解决高抽巷抽采瓦斯导致采空区氧化带面积变大、增大遗煤自燃危险性的问题,以顶板长钻孔替代高抽巷,配合进风巷侧注氮,通过对长钻孔参数与注氮参数的优化,进行防火与控瓦斯耦合治理的研究。以中兴煤业1401工作面实测数据结合ANSYS数值模拟,研究了长钻孔数量、位置对工作面上隅角瓦斯的影响规律,获得以5个直径300mm、距回风巷10m、距煤层底板15m的顶板长钻孔替代高抽巷的最优方案。在此基础上,为保障对采空区遗煤自燃的有效控制,研究了注氮量与注氮位置对采空区氧化带分布的影响规律,获得在进风巷侧氧化带与散热带分界位置注入5.5m3/min的氮气,将采空区氧化带宽度降至25m的优选结果。通过对上隅角瓦斯与采空区遗煤自燃的综合控制,保证了工作面的安全生产。     

采空区石门负压对氧气浓度场影响的动态演变过程研究

为了研究采空区石门负压对采空区氧气场影响的动态演变过程,采用数值模拟方法构建了某矿综采工作面CFD模型并进行二次开发,模拟了瓦斯抽放石门位于采空区不同位置时采空区的氧气场分布。模拟结果表明:当瓦斯抽放石门位于煤自燃"三带"不同位置时,石门负压对采空区氧气浓度场具有不同影响,其中,石门位于散热带和自燃带范围时,石门负压会不同程度减小自燃带宽度,有效缓解采空区防治煤自燃压力;石门位于窒息带范围时,能缩小回风巷一侧自燃带范围,但由于石门负压导致采空区内部负压过高,工作面向采空区内漏风增加,使运输巷一侧自燃带范围急剧扩张,不利于运输巷一侧采空区防灭火工作。最后,将现场实测数据和模拟结果进行对比,证明了模拟结果的正确性。     

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。     

回采工作面气体浓度分布统计规律

煤自燃是影响矿井安全生产的主要灾害,而指标气体是预警煤自燃最有效的参数之一。为了掌握采空区气体浓度分布特征,为煤自燃预警提供数据支撑,本文基于统计学理论研究了采空区气体的分布特征,并利用小波变换分析了采空区CO浓度变化的周期性。研究结果表明:采空区内的O_2浓度服从正态分布,CO浓度服从对数正态分布;相同盘区的采空区煤自燃"三带"分布具有相似性,且进风侧漏风带宽度大于回风侧约10m,氧化带宽度比漏风带宽20～30m;采空区CO浓度具有显著的周期性,存在第一主周期和第二主周期,且在第一主周期内,CO浓度变化符合"高-低-高"的分布特征,其分布周期与工作面周期来压时长相同。该研究结果对掌握采空区气体分布规律及煤自燃预警具有重要的工程意义。     

高位巷道瓦斯抽采诱导浮煤自燃影响效应

基于高瓦斯易自燃煤层高位巷道瓦斯抽采技术条件下,以研究煤自燃形成机理为切入点,依据义马煤业集团耿村矿13190工作面自然发火实际情况,通过理论分析,数学建模及现场辅助测试,对煤岩裂隙发育漏风通道模式、采空区浮煤碎胀特性、漏风动力源展开研究,发现巷道瓦斯抽采,增加了高瓦斯易自燃煤层的自燃风险,主要体现在:1)造成工作面、采空区及抽放巷道端口间存在漏风通道及动力;2)采动应力及抽采巷道松动圈造成采空区煤岩裂隙充分发育,采空区浮煤压实程度降低,浮煤碎胀性增加,有利于煤自燃蓄热;3)采空区浮煤一旦氧化,造成采空区高温点与漏风通道间存在温度梯度,从而形成的内生火风压,加剧采空区破裂浮煤的自燃进程,诱导采空区浮煤自燃发生。     

近距离突出煤层群首采面瓦斯综合治理技术应用

针对依兰三矿极复杂地质条件下近距离突出煤层群开采时面临的瓦斯突出和回采工作面瓦斯超限、自然发火等问题,从保护层开采影响范围、开采后的残余瓦斯压力、回采面瓦斯涌出量、煤层自然发火角度分析了各煤层开采顺序,确定了首采面布置在上1煤层,从上至下依次开采较为合理。回采前确定采用千米定向钻机预抽中煤层巷道区域瓦斯+中煤层穿层钻孔预抽上1煤层条带瓦斯的区域消突方法;回采期间工作面采用高位钻孔+顺层钻孔的瓦斯治理方法,从而实现卸压抽采、条带消突预抽、实施防灭火工程等。采用以上瓦斯治理方法能够有效解决工作面瓦斯超限,达到了区域消突的目的,千米钻机长钻孔钻孔抽放浓度维持在80%以上,回风流瓦斯体积分数基本稳定在0.4%以下。     

复合灾害综放工作面窄煤柱沿空掘巷安全技术应用

硫磺沟煤矿以往开采相邻工作面之间留设40m煤柱来防止相邻采空区通透漏风而引起采空区的自然发火,同时也兼顾了工作面矿山压力的影响。但却造成了煤炭资源的浪费(约占全矿煤炭损失的40%),然而煤柱在采空区侧被压酥,甚至压碎,极易造成采空区煤柱自然发火,对安全生产构成威胁,同时若煤柱留设不合理易形成应力集中,造成其下伏巷道维护困难。因此,开展复合灾害矿井综放工作面窄煤柱沿空掘巷安全保障技术研究,可实现窄煤柱护巷,既有利于提高煤炭资源回收率,降低冲击地压发生的可能性,也可以消除或减少因煤柱引起的煤层自然发火与瓦斯超限事故,同时更有利于巷道维护。     

常村矿21220工作面冲击地压与瓦斯赋存规律研究

自燃瓦斯矿井往往在解决瓦斯的同时,由于风量的增加、采空区漏风等原因,可能引发采空区破裂遗煤自燃。由于煤层的自燃又能成为瓦斯燃烧和爆炸的引火源,严重影响瓦斯抽采和安全排放,成为矿井的重大危险源。常村煤矿瓦斯绝对涌出量为10.31 m^3/min,相对涌出量为2.41 m^3/t,综放工作面采用U形全负压上行通风方式。所开采21220工作面直接顶板为泥岩和粗、中砂岩,致密性较好,瓦斯含量较大,且涌出不稳定,采煤工作面上部平均初次来压步距为20.25 m,中部平均初次来压步距为29.5 m,下部平均初次来压步距30.75 m,工作面的日产量与瓦斯排放量呈正比;产量增加到一定值之后,随着产量增加,风排瓦斯量反而有所减小。研究冲击地压与瓦斯涌出规律和治理技术具有重要的理论和实用价值。