影响采空区瓦斯异常涌出的压力效应及其机理分析

根据渗流运动的基本原理建立了采空区瓦斯涌出速度的数学模型，初步确定了风量变化，大气压下降对采空区瓦斯异常涌出的影响程度，探讨了压力变化与采空区瓦斯涌出的定量关系，分析了压力效应影响采空区瓦斯异常涌出的机理，并提出了防治措施。     

采空区遗煤温度及气样参数变化与“三带”的关系

通过采空区埋设测温探头和取样胶管，定期测温，取样化验分析，得出不同采空区深度的煤温高低和气样参数，并结合采空区遗煤自燃氧化理论，对采空区内煤温、一氧化碳和氧气的体积分数随深度的变化进行回归分析，从而定性定量地确定出采空区遗煤自燃氧化的“三带”分布状况。     

浅析低瓦斯矿井瓦斯涌出的原因及防治措施

低瓦斯矿井中的瓦斯涌出，主要是因为通风系统的变化，引起采空区内外压差的变化，导致采空区内的瓦斯大量涌出。通过调整采空区内外压差，加强现场管理，可有效地防止瓦斯事故发生。     

不规则采空区下特厚煤层综放面矿压规律研究

针对山西宁武榆树坡煤矿不规则采空区下特厚煤层综放开采的问题，采用3DEC数值模拟软件，模拟分析了下层特厚煤层综放开采过程中受上覆不规则采空区影响下的矿压显现规律，得到了采空区与工作面不同空间位置关系下顶板岩层应力演化及位移变化特征。结果表明：上覆不规则采空区与工作面的空间位置关系对工作面矿压规律影响较为显著，工作面推进至上覆采空区影响范围内顶板岩层应力及位移变化均有显著增大，研究可指导采空区下特厚煤层开采矿压控制。     

综放工作面采空区煤自燃过程的动态数值模拟

综放工作面采空区浮煤自燃主要取决于浮煤厚度，氧浓度，漏风强度，工作面推进速度和自燃发火期5个参量，工作面正常生产时，采空区自燃三带处于一个动态的稳定状态。根据综放工作面采空区自燃发火特点，将松散煤体自燃发火数学模型简化，建立了综放工作面采空区湿度变化的动态数学模型，用计算机动态模拟采空区浮煤自在升温过程，对时反映采空区温度分布状态及其动态变化规律，对采空区浮煤自然危险性进行超前预测，指导综放工作面的安全生产。     

采空区应力变化监测及稳定性分析

采用光弹性应力计对某金矿采空区应力变化情况进行了长期监测，应用模糊C均值聚类算法对监测结果进行了聚类分析，据此，划分了采空区稳定性等级，并对维护采空区稳定性的关键矿柱作了较详细的讨论 ，得出的结论在工程实践中得到了验证。     

大气压变化对采空区瓦斯外涌的影响研究

为有效防止采空区瓦斯外涌对井下人员的身体健康和矿井的安全生产带来危害，对大气压与采空区瓦斯外涌的变化规律展开研究，以西北某矿东107密闭采空区为实验平台，通过建立地面与井下联合在线监测系统，利用长期数据分析得出采空区瓦斯外涌与大气压变化之间的规律，基于此规律提出防治措施，并经过实际监测数据的分析和验证，表明所采取的防治措施可有效预防采空区的瓦斯外涌。     

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。     

采空区自然发火预测的研究

在煤自热过程中，温度的变化直接反映了煤的自热程度，因此在产生自燃火源频率较高和可能发火的区域预埋测温探头，定时检测采空区遗煤温度，对于研究采空区中煤温随时间的变化规律，预报煤炭自热程度均是直接而有效的措施之一．为了了解采空区温度随工作面推进的变化规律，采用了光纤光栅温度传感器来观测采空区的温度变化。     

间竭性漏风对采空区遗煤自然的影响

本文通过对煤矿井下采空区遗煤氧化生ＣＯ的变化监测与控制技术研究实例，分析了间歆 漏风供氧所导致采空区遗煤自燃的机理和严重性，建议引为重视。同时介绍了综合防治采空区遗煤自燃的技术措施与防治效果。     

采空区自燃火区温度场演化规律分析研究

鉴于采空区遗煤自燃环境的封闭、隐藏及动态等特殊性,根据传热学、燃烧学、多孔介质学等基础理论,运用FLAC软件自身携带的热力耦合功能,对石圪节煤矿3#煤层采空区A、B火区温度场进行了理论计算和数值模拟,得出了遗煤厚度是自燃的物质基础,采空区漏风量是自燃的决定因素,燃烧时间是温度场的关键因子,温度场则是自燃的宏观表现。模拟方案中改变遗煤厚度、漏风量等影响因素的参数,得出了火区温度场的时空演变趋势,为下层煤开采设计提供理论参考。     

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。     

873综放面采空区自燃发火“三带”的划分及模拟分析

根据朱仙庄煤矿873综放面采空区温度和气体成分的现场实测结果,利用氧气体积分数法划分出873综放面采空区自燃发火"三带"的分布范围。同时,介绍了自编的煤矿采空区自燃发火"三带"模拟软件,并利用该软件对873综放面采空区自燃发火"三带"进行了计算机模拟分析,根据两条风速等值线绘制了采空区自燃发火"三带"分布图。模拟结果与实测结果相吻合,表明该软件具有一定的实用性。最后还分析了各相关因素对采空区自燃发火"三带"范围的影响情况。     

采空区自燃“三带”变化规律研究

为防止温庄村煤矿采空区煤自燃,确定煤自燃发生的区域,利用气相色谱仪对采空区气样进行分析,确定采空区自燃"三带"的最大范围,并根据统计学原理计算出自燃"三带"的最小范围,在一定的假设条件下结合通风阻力方程推导出该矿采空区自燃"三带"范围变化的公式。结果表明:带有瓦斯排放巷及沿空留巷的采空区自燃"三带"不仅随工作面的推进不断前移,而且在其前移过程中,自燃"三带"的范围随着联络巷的接替使用产生由小变大,然后突然变小再逐渐变大的循环的、有规律的变化。     

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。     

Numerical simulation of nitrogen injection of goaf in fire prevention based on Finite Volume Method

The numerical simulation is used to research the influence of nitrogen injection on spontaneous combustion in goaf. The spontaneous combustion mathematical model on the coupling of air flow field, oxygen concentration field, and residual coal temperature field was established with nitrogen injection in goaf. Then the software of numerical computation was programmed by Finite Volume Method. Combined with the example, the distributions of air flow field, oxygen concentration field and residual coal temperature field at different nitrogen injection volume were obtained by the software. The results show that the nitrogen injection could effectively prevent the spontaneous combustion fire in goaf and the highest temperature in goaf decreased with the nitrogen injection volume increasing. Finally, the accuracy of the numerical simulation was verified by the temperature observation in field. The achievement of this research is of theoretical and practical significance for the prevention of coal spontaneous combustion in goaf.     

放顶煤采空区瓦斯源强度与自燃的关联性

研究了采空区瓦斯涌出与遗留煤自燃之间的内在耦合关联问题。通过运用G3软件对采空区非线性渗流-多组分气体-温度场和非均匀耗氧的数值模型的求解,量化给出采空区不同瓦斯涌出强度下各变量分布状态。计算结果表明：采空区瓦斯源涌出与工作面风压形成压力平衡,决定着工作面与采空区之间的风流交换和瓦斯涌出,影响变化近似呈一一对应的线性关系。瓦斯涌出强度越大,采空区氧浓度分布空间大大缩小,采空区自燃氧化带宽度与瓦斯涌出近似呈衰减变化。从自燃升温过程模拟得到,高强度瓦斯涌出能够抑制采空区自燃升温,延长了采空区自然发火期。模拟结果符合现场实际情况。研究指出高瓦斯易自燃矿井采空区瓦斯治理应与自燃防治相结合综合考虑。     

采空区自然发火的能量迁移理论

根据能量守恒原理提出采空区自然发火的能量迁移理论,建立采空区能量平衡方程,推导出采空区最高温度预判方程以及工作面最小安全推进速度计算方程。结合某煤矿31005工作面现场情况,分析推进速度、工作面风量以及注氮等因素对采空区最高温度和工作面最小安全推进速度的影响。结果表明,加快推进速度、减小工作面风量以及增大注氮量都能有效降低采空区自然发火危险,但随着推进速度的增大,注氮所起的防火作用减弱;减小风量或增大注氮量都会使最小安全推进速度减小,从而有利于采空区防火。     

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。     

通风方式对采空区煤层自燃规律的影响研究

为了研究通风方式对采空区自燃规律的影响,本文在研究风流流动方程及能量损失源项方程的基础上,对采空区自燃区域建立二维物理模型,并采用数值模拟对4种不同通风方式的采空区风场进行模拟,得到不同通风方式下采空区氧气浓度分布图,通过分析得出,4种通风方式对采空区自燃影响程度由大到小依次为:Z型>Y型>U型>W型。