煤田露头火区温度场模拟分析和火风压计算

为了研究煤田露头火区温度场的分布变化规律,利用Fluent软件对火区进行数值模拟,得到了火区温度场的分布情况。对火区火风压的计算进行了分析,计算得到了火风压值。通过改变边界条件得到了火区温度对露头火区漏风流场的影响:火区高温给气体渗流提供了动力,火区温度越高气体渗流速度越快。     

基于TIRS和TCP-InSAR的新疆广域煤田火区探测方法

新疆作为全球煤田火灾最为严重的区域之一,不仅每年消耗约442万t煤炭资源,而且导致火区地表裂缝、地表塌陷等地质灾害频发,同时燃烧后持续向空气中释放大量有害气体,严重危及居民健康。因此,精准监测火区范围对研究煤火自燃规律、治理煤田火区具有重要意义。目前用于煤火探测的方法中,利用火区物理特性进行探测成本高、效率低,仅适用于小范围火区探测;利用热红外遥感手段虽然能提取到温度异常区,但仍需要进行大量的实地勘探工作。为此,提出了一种面向新疆广域煤田火区精细探测的热红外遥感(Thermal Infrared Remote Sensing,TIRS)与TCP-InSAR(Temporarily Coherent Point Interferometric Synthetic Aperture Radar)融合的方法。该方法利用单窗算法对Landsat-8影像进行地表温度反演,提取研究区域地表温度异常信息,在此基础上,结合TCP-InSAR从Sentinel-1A影像获取研究区域地表沉降信息,并对二者进行空间叠加分析,获取煤火区域的分布特征。研究表明:热红外遥感手段联合雷达干涉测量技术探测大范围煤田火区的方法具有较高的可靠性和准确性,为新疆广域煤田火区高精度探测提供了新的技术方法。     

煤田自燃表征系统的灰关联模型及应用

分析了适用于煤田自燃系统的关联分析方法,建立了煤田自燃表征系统灰关联模型和煤田自燃表征系统影响因子灰关联空间,确定了自燃表征系统灰关联分析因子为自燃深度、磁异常值、电异常值、地表温度和地表CO浓度,并以新疆某煤田四火区为案例,应用模型进行了计算,得出自燃深度关联序列依次为CO浓度、磁异常值、温度和电异常值.进而提出在进行火区监测时,应该将灭火前气体浓度值也列入监测范围,与磁探测共同应用有助于提高火区探测效率.     

基于FLUENT的煤田露头火区自然通风影响因素研究

为了研究煤田露头火区燃烧特性的影响因素,根据相关资料建立了煤田露头火区物理模型和数学模型,并合理设定了模型的初始条件和边界条件,采用Fluent软件分别对入风口进风通道方向上不同风速、不同孔隙率的漏风流场、温度场和压力场进行了数值模拟与分析。模拟结果表明,随着入风口进风通道方向上风速和孔隙率的增大,火区的供氧速率也随之增大,火区持续燃烧的速率也增大;煤田露头火区的燃烧特性是受漏风流场、温度场和压力场相互作用影响的。     

新疆煤田火区火风压模式研究及其应用

通过对新疆煤田火区火风压物理过程的分析，提出煤田火区火风压由地上、地下区域组成.地上、地下区域火风压主要是由空气柱内外温度差形成的密度差导致对流作用产生的.同时认为地下区域箱体内存在烟气的多变膨胀效应.基于上述作用机理，提出了新疆煤田火区火风压计算模型，并对火区状态系数C进行了分析. 从确定火区地面覆盖层厚度和估算火区温室效应气体排放量2个方面对该模型进行了应用分析， 初次提出了火区温室效应气体排放量的估算模型.     

煤田火区灾害气体致灾机理

深入了解煤田火区火灾气体侵入井下工作面的作用机制对于保证井下工作面安全回采有重要意义。以乌海矿区一受上覆火区影响的典型工作面为研究对象,考虑地形地貌、地表风向风速、昼夜温差、大气压力变化、地层裂隙及火风压对井下通风系统的影响,采用CFD方法研究了煤田火区与工作面之间的气体流动规律,得到了如下结论:过大的通风静压不利于煤自燃防治工作;可将CO2气体作为上覆火区气体侵入井下工作面的预警指标;煤田火区与工作面之间的压能差是煤田火区与工作面间气体流动的根本原因。     

煤田露头火区多孔介质渗流运动的数值模拟研究

煤田露头煤层自燃使得煤田露头发生塌陷,为了合理地治理煤田露头火区,研究了影响煤田露头火区的重要参数,应用Fluent数值模拟软件针对不同煤层埋藏深度、孔隙率、渗透率进行了宏观数值模拟。得到了煤田露头多孔介质速度场、温度场变化规律,并根据孔隙率与渗透率对火区温度分布的变化规律提出治理方案。     

地质条件和地表风对煤火蔓延特征的影响研究

以新疆某火区为对象,采用数值模拟技术,研究了煤层倾角、地形地貌、地表风对煤自燃高温区蔓延范围及极限蔓延深度特征的影响规律。结果表明:自燃高温区沿煤层倾向向露头蔓延的速度随着煤层倾角的增大而减小,其蔓延极限深度随着倾角的增加而减小;平原煤自燃高温区向露头侧发展速度快,高温区沿倾向蔓延的极限深度随着山体坡度增加而增加;迎风侧露头自燃火区沿倾向向煤层内部蔓延极限深度大于背风侧。     

测氡技术和激发极化法在地下多层煤层火区探测中的尝试

通过对煤层自燃时出现的氡气运移与释放的规律及激发极化效应的探讨，就大宁煤田王村煤矿出现的多层地下火区，采用地面氡气测量与激发极化法相结合的探测手段，确定出地下多层火区的位置与范围，并得到了较好的结果。     

煤田火区探测技术研究及应用

煤田火灾严重威胁火区周边环境和煤矿安全生产.我国受煤田火区灾害严重影响的煤矿主要集中在新疆、宁夏、内蒙古、甘肃,煤田火区精准探测技术难度大.阐述了几种主要的煤田火区探测方法的原理,并对测汞法探测煤田火区的机理进行了详细论述,提出了煤田火区探测新方法,应用于煤田火区探测,实现煤田火区高温异常区域的超前预测预报,及时采取有效措施消灭煤田火灾火源点.     

煤田露头火区空气运动规律的模拟试验

利用自制的煤田露头火区模拟装置,对火区燃烧过程中的空气运动规律进行了研究。通过对模型中各点的温度、风速、压力进行监测,认为火区内进风通道的气体流动符合达西定律,回风通道气体流动符合窄缝流定律。通过改变进风口风速,分析了进口风速变化对漏风通道内气体流动速度的影响。上述分析结果可为煤田露头火区治理提供参考。     

大面积煤田露头火区范围的圈划研究

科学地圈划出煤田露头火区的燃烧范围,是提出更加合理可靠的煤田露头火区防治措施的指导依据。在分析煤田露头火区引起地表沉陷机理与范围的基础上,进一步研究了火区上覆岩层的岩性、煤层的倾角、煤层燃烧深度、煤层燃烧厚度、燃烧煤层数量等因素对火区塌陷范围的影响。提出了依据煤田露头火区燃烧三要素,分别从岩层移动、通风系统和火区热源3方面来分析确定煤田露头火区燃烧范围的方法。     

煤田火区探测技术研究现状及发展趋势

煤田火灾严重威胁露天矿区周边环境和煤矿安全生产,我国是遭受煤田火灾影响严重的国家之一,我国受煤田火区影响的煤矿主要集中在新疆、宁夏、内蒙、甘肃地区,煤田火区精准探测仍然比较困难.阐述了几种主要的煤田火区探测方法的原理,详细阐述了测汞法探测煤田火区的机理,为煤田火区和露天煤矿火区的探测开发了一种新方法,可以指导煤田火区和...     

遥感方法在宁武煤田煤火识别中的应用

煤火燃烧会对周围地区的环境、经济和安全造成严重影响,准确识别煤田自燃引起的火区范围对于监测与治理煤火具有重要意义。相关学者分别通过提取地表热异常或地表形变信息来识别煤火范围,但由于方法及手段单一,而引起煤火发生因素众多,导致试验结果不够准确。为提高煤火识别准确性,通过实际应用研究,利用融合卫星热红外技术与雷达技术的煤火识别方法,应用于山西省宁武煤田的火区识别。首先采用ASTER–TES(Temperature-Emissivity Separation)算法对ASTER夜间热红外数据进行地表温度反演,同时利用SBAS–InSAR(Small Baseline Subset InSAR)技术对Sentinel-1数据进行地表沉降信息反演,然后通过阈值分割法提取研究区域中的高温异常区域和沉降异常区域,进而融合处理,获得疑似煤田火区范围,最后利用测氡的实地勘测方法所确定的煤火范围对试验结果进行对比验证分析。结果显示：研究提出的方法对宁武煤田火区范围的识别准确率高达93.78%,较单一的温度反演方法与沉降异常方法提高43.29%和62.23%,但有部分火区未被识别,原因在于利用地表形变识别火区...     

用测氡法探测地下火区的研究

介绍了用测氡法探测煤矿地下火区的位置和范围的试验研究，得出了用测氡法在地表确定地下水火区的大致范围是具有一定前景和应用价值的结论。     

乌达煤田火灾Landsat-8/TIRS遥感动态监测

为了更加方便和准确地对实施灭火工程之后的乌达煤田火区变化情况进行监测,以覆盖乌达地区的Landsat-8卫星遥感影像为基础,采用普适性单通道算法对煤田地表温度开展了反演研究,通过设定一定的阈值提取了煤田火区的空间分布,并利用相邻时间多幅影像提取的相似结果验证了煤田火区监测结果的可靠性,最后依据时间序列监测结果分析了2015—2017年煤田火区分布的变化情况。结果表明:提取出的煤田火区分布范围明显,且具有较高的可靠性;近3年乌达煤田煤火分布范围基本稳定,但有增大的趋势。     

煤田露头火区标志性气体确定的试验研究及应用

为了研究煤田露头火区标志性气体及其与火区温度的关系,制作了煤田露头火区试验装置。在该试验条件上,提出焦煤在自燃升温期的30~130、130~190及190℃以上3个区间时,分别以CO、C2H4、C2H2作为标志性气体;在阴燃稳定期,以CO作为标志性气体;在窒息降温期的300~160℃及160℃以下时,分别以C2H6和CO作为标志性气体;分析了格氏火灾系数R2判别火区发展状况的可行性,拟合出了标志性气体浓度与火区温度以及R2与火区温度的关系方程。结果表明,煤田露头火区标志性气体的种类与采空区自燃火区的基本相同,但其产生的最低温度不同,即煤体吸附气体出现的最低温度较高,而煤体氧化气体出现的最低温度较低;依据关系方程和R2,可以方便地预测煤田露头火区的温度和发展状况。     

煤田露头火区风流运动规律研究

通过对煤田露头火区自然通风系统特征以及风流运动规律的分析,得出煤田露头火区风流运动的基本方程。借助于Fluent软件,对不同参数条件下的煤田露头火区进行了数值模拟。结果表明,火区气体在进风渗流运动过程中温度与外界环境基本一致;经过火区后温度急剧上升并达到峰值,同时产生较大火风压,火风压与自然风压共同作用为火区提供通风动力;在通过火区的通风路线上,气体的运动符合能量守恒定律、达西定律(进风线路)和布西涅斯基窄缝流体运动规律(回风线路);在不通过火区的漏风路线上,气体的运动符合能量守恒定律和达西定律。     

新疆第五次煤田火区普查成果分析

相较于2013年新疆开展的第四次煤田火区普查成果,新疆新生煤田火区增加,部分未治理的煤田火区面积扩大以及责任主体灭失,给新疆煤炭工业的能源基地建设、井田划分、矿区规划、矿井安全生产、生态环境保护带来严重影响。2019年,新疆开展了第五次煤田火区普查,以新疆第五次煤田火区普查结果为研究对象,分析了新疆煤田火区的特点、变化原因、危害和影响。新疆煤田火灾存在分布广、发展快、新火区产生快、易发煤火风险区域多等特点,煤田火区的持续燃烧造成损失煤炭资源、污染大气环境、破坏土壤环境、污染水资源、易发地质灾害等危害。针对上述特点和危害,提出了新疆煤田火区治理措施,为新疆煤田火区治理规划提供了基础资料和决策依据。     

基于遥感技术的内蒙古乌达煤田火区碳排放计算

为了获得煤田火区的碳排放量,建立了计算煤田火区CO2排放通量法模型,其中,确定火区面积是该模型的关键基础参数。采用2011-01-24的ASTER L1B热红外遥感数据反演内蒙古乌达煤田火区的地表温度,提出基于梯度的自适应阈值法,以热红外图像梯度极值为阈值圈定火区范围,估算得到乌达煤田火区面积为239.6 hm2。利用排放通量法模型,依据遥感和其他手段获得的基础参数数据,计算了乌达煤田火区的碳排放量,结果显示乌达煤田火区每年的CO2碳排放量达37.9×104t。