高位钻孔抽瓦斯与压注CO2防灭火一孔两用技术

采空区瓦斯与遗煤自然发火耦合极易诱发瓦斯爆炸。结合唐口煤矿现场条件,分析了煤层瓦斯涌出规律及采空区自然发火特性,采用高位钻孔抽采瓦斯及压注液态CO₂防治采空区煤自然发火一孔两用技术。结果表明:高位钻孔抽采瓦斯能使回风隅角和回风流的瓦斯浓度分别降低到0.05%~0.10%和0.10%~0.15%;监测束管CO平均浓度由原来的4.2×10^-6降低到1.8×10^-6,O₂浓度由原来的18.5%降低到11.5%,压注液态CO₂能有效杜绝采空区煤炭自燃;回风隅角未再出现瓦斯超限现象,上隅角对应采空区氧气浓度不高于5%,应用效果良好。     

阳煤五矿采空区注CO2防灭火技术研究

为研究阳煤五矿8406工作面遗煤自然发火的危险性，文章结合8406工作面对瓦斯治理的同时，对注CO₂的防灭火技术进行研究。利用程序升温实验得到阳煤五矿无烟煤耗氧速率与放热强度等参数应用到数值模拟当中，通过Fluent对不同注CO₂的位置、流量、温度进行研究，对比氧化升温带的区域范围变化。结果表明CO₂注入流量越大，对采空区防灭火工作越有利；注入CO₂温度越低，预防采空区遗煤自燃效果越好，在考虑现场经济效益以及实际工程应用的前提下，文章选定最佳注CO₂位置为采空区进风侧距工作面30 m,最佳注入流量设置为900 m³/min,最佳注入温度为278 K.     

复杂地质条件下自燃煤层切顶留巷防灭火技术研究

针对切顶开采条件下,工作面地质条件复杂,采空区遗煤多,采空区自然发火风险将急剧增加,存在采空区漏风量大、漏风范围广等问题,本文以360804综采工作面切顶开采为研究背景,采取以连续注氮为主,辅以每3 d预防性灌浆一次、每周预防性注液态CO₂一次的综合防灭火措施。结果表明：切顶留巷时,由于柔模墙漏风,采空区氧化带有所增加,通过采取连续注氮、预防性灌浆、灌注液态CO₂等措施,有效减少了采空区自然发火风险;庚₁₉、庚₂₀煤层自然发火标志性气体是以C₂H₄和CO为主,C₂H₂为辅,应用防漏风和注氮防灭火措施对采空区遗煤氧化有较强限制作用;应用采空区防漏风和间歇性注氮措施后,在留巷期间未检测到自然发火指标气体,实现自燃煤层切顶卸压沿空留巷安全开采。     

高瓦斯矿井采空区注入CO2防治遗留煤体自燃研究

以晋能控股煤业集团某矿北翼采区的N2202工作面为工程背景，通过现场调研、实验室实验、数值模拟和现场工业性试验等相结合的研究方法，对采空区内注入CO₂来防治采空区内遗留煤体自燃难题进行了研究。结果表明：CO₂对于混合煤样中吸附状态CH₄的平均置换率为21%，平均置换比为1.6；注入CO₂后N2202回风侧采空区浅部原本存在的CH₄富集带被消除，采空区浅部区域CH₄浓度明显下降；注入CO₂后采空区内散热区宽度从12 m缩减至10 m，氧化区宽度从84 m缩减至30 m，采空区内氧化区与CH₄浓度较高区被分离开来；采空区内注入CO₂后，高抽巷内抽采气体中CH₄浓度平均值提高了13.7个百分点。研究结果为类似矿井防治采空区内遗留煤体自燃提供了指导意义。     

煤峪口矿8605工作面采空区防灭火技术研究与应用

为防止8605工作面采空区出现遗煤自燃现象,根据工作面地质条件,通过现场实测的方式进行采空区自燃“三带”分布规律的分析,确定采空区进风侧、中部和回风侧氧化升温带的范围分别为150~405 m、160~310 m和75~345 m。结合采空区自燃“三带”分布规律,设计采空区采用采空区封闭隔离+埋管注浆+采空区注氮惰化相结合的防灭火方案,并在方案实施后进行采空区内CO和O₂浓度监测分析。结果表明:防灭火方案实施后,采空区内CO和O₂浓度均在合理范围内,解决了采空区遗煤易自燃的问题。     

液态CO_2在治理高瓦斯矿综放工作面自燃火灾的应用

针对温庄煤业150201综放工作面采空区CO超限实际,分析了采空区遗煤自燃的原因,结合目前国内外煤自燃防治技术研究现状,提出了灌注液态CO2惰化灭火的方法,并研究了液态CO2灭火技术工艺及相关参数。现场实践表明,液态CO2灭火能力强、速度快,具有良好的惰化抑爆作用,是煤层自燃火灾防治的有效手段之一。     

深井高地温条件下近距离煤层工作面回采期间防火技术研究

为解决深井高地温条件下近距离煤层开采易导致采空区遗煤自燃的问题,基于近距离煤层,分析了工作面回采期间煤自燃危险区域,提出了"两道、两线、一断层"作为工作面防火的重点;结合近距离煤层的特点,在工作面回采期间,采取11501顶抽巷"劈头浇"的方式灌浆、注液态CO₂(N₂),运输、轨道顺槽灌浆等综合预防性防火措施。结果表明:以11501顶抽巷防灭火钻孔灌浆、注液态CO₂(N₂)为主,运输、轨道顺槽灌浆为辅的综合防火技术措施是有效的。通过在朱集西煤矿的现场应用,实现了工作面的安全顺利回采。     

青云矿综放工作面支架回撤防灭火技术实践

综放工作面采空区遗煤多,煤炭自然发火周期短且漏风严重情况下易造成遗煤自燃。基于此,文章提出工作面末采阶段,在进回风巷设置隔离墙和挡风帘,向采空区内部灌注惰性气体和胶体,阻止向采空区内漏风;停采撤架期间,向采空区内部灌注氮气、液态二氧化碳和浆液,实现对遗煤的堕化降温。结果表明,该方法能够有效降低采空区漏风强度,防治采空区遗煤自燃。     

自燃煤层放顶煤开采采空区“三带”划分研究

针对采空区遗煤氧化升温导致火灾现象，采用现场实测方法，研究采空区O₂、CO、CH₄浓度以及温度变化特征，结合遗煤氧化升温特性，对采空区发火趋势进行了预测。研究结果表明：当工作面推进超过80 m时，煤体已经充分压实，氧气浓度降低制约遗煤氧化升温反应，采空区进入窒息带，CO浓度稳定在18×10^-6;CH₄浓度变化随推进距离呈现连续增长趋势，略有下降后逐渐稳定，由工作面中部向两侧巷道纵向递减，最大CH₄浓度为1.15%;采空区各测点达到温度峰值呈现滞后性，工作面中部测点温度出现峰值时间早于回风巷早于进风巷，最高温度不超过21.2℃;采用氧浓度指标法确定氧化升温带为42.8 m,工作面最小安全推进速度0.658 m/d,在正常回采期间不会发生遗煤自燃现象。     

液态CO_2对采空区自燃隐蔽火源的控制技术研究

近年来,随着煤炭开采力度的加大,矿井采空区自燃火灾频发。基于采空区煤自燃特点,分析了液态CO2防灭火技术对采空区的降温、惰化特性,研究了液态CO2防灭火技术工艺和装备。以平煤十二矿17060采空区自燃火区治理为例,通过在现场应用,取得了很好的效果。     

深井自燃煤层注复合惰气防灭火技术研究

唐口煤矿5306工作面在停采撤面期间采空区内部极易发生遗煤自燃,常规防火成本高,因此,提出采用复合惰化气体用于采空区遗煤的防治工作。结果表明:采用复合惰化气体后采空区遗煤自燃得到有效防治,同时其防火成本也得到了极大的降低。     

基于采空区流场的遗煤自燃危险区域判定及复合惰化技术研究

采空区遗煤自燃火灾是影响煤炭生产安全的主要灾害之一。基于Fluent数值模拟技术,构建采空区三维物理模型,模拟研究了采空区流场立体分布规律,并以O2体积分数为判别指标划分了采空区遗煤自燃危险区域;通过分析采空区遗煤空间分布规律及不同惰性气体的惰化特性,提出了综放工作面采空区复合惰化技术,即高位压注CO2和低位压注N2,并与单一气体惰化技术进行了对比研究。结果表明:复合惰化技术相较于单一气体惰化技术有着更好的防灭火效果;在工程应用中,各监测点CO体积分数在短时间内均降低到2.4×10^-5以下,压注惰气期间防灭火效果良好。     

液态CO2防灭火管路输送特性影响分析

管道输送液态CO₂不仅可以进行煤矿火灾防治,还能将温室气体CO₂有效储藏到地下,符合当前全球经济发展模式。由于矿井环境温差和巷道倾斜等原因,管道不可避免地会发生热交换还会产生较大压降;为了避免液态CO₂在输送过程中发生相变,有必要考虑环境温度、风速、保温棉、管道倾角和地形海拔等因素,以确保安全、经济高效的运输;基于商业模拟软件ASPEN HYSYS V8.4对管道输送CO₂过程进行模拟。结果表明：环境因素中管道倾角对于CO₂输送过程影响很大;对于公称直径为32 mm的管道,流量设置为2 500 kg/h最有利于液态CO₂输送。     

红阳二矿12号煤层标志性气体实验研究

针对红阳二矿12号煤层遗煤氧化的规律与特点,有效地进行防灭火工作,掌握采空区中遗煤氧化的速度,对红阳二矿12号煤层进行了煤样升温氧化实验,在温度不断升高的过程中检测出CO与多种烯烃气体,并且在不同温度下煤体析出气体的速度不同,最终选择CO、C₂H₄、C₂H₂作为标志性气体,产生的临界温度分别为59、176、403 ℃。在采空区检测出CO气体,说明采空区遗煤进入快速氧化阶段;检测出C₂H₄气体时,遗煤进入剧烈氧化状态;检测出C₂H₂气体时,说明采空区中已经产生明火,井下人员需要迅速撤离。通过煤体标志性气体的确定,建立12号煤层自燃预警系统,保证井下工作人员的生命安全与能源的充分利用。     

新河煤矿采空区自燃“三带”分布及防火技术研究

随着新河煤矿开采深度的增加，煤自燃初始温度升高，导致发火危险性增加。为预防新河煤矿7312工作面采空区发生煤自燃事故，通过监测采空区气体浓度，得到采空区内O₂浓度的变化规律，利用FLUENT软件对O₂分布进行模拟，得到自燃“三带”模拟结果与观测结果一致，以此对工作面进行采空区自燃火灾防治技术研究。     

潞宁煤业22116工作面采空区防灭火技术研究与应用

为防止22116工作面采空区出现遗煤自燃现象,通过分析惰性气体的防灭火原理及液态CO2防灭火工艺,结合2号煤层赋存条件及工作面特征,进行采空区指标气体监测方案及液态CO2灌注方案的设计,在液态CO2灌注作业时进行灌注参数的监测,并通过指标气体监测进行防灭火效果分析。结果表明:采空区灌注液态CO2后,采空区CO和O2均显著下降,上隅角和回风流中温度下降明显,有效抑制了采空区遗煤的自燃,确保了工作面的安全回采。     

易自燃煤层采空区N2与CO2惰性耦合气体 运移规律

为了有效控制与防治煤炭自燃,保证煤矿安全开采,针对大兴矿开采易自燃煤层,且地质构造复杂,火成岩侵入灾害严重的问题,提出了N_2与CO_2惰性耦合气体防灭火思路,并采用数值模拟的方法,对耦合气体在采空区运移规律进行了研究。研究结果表明:当注入耦合气体N_2与CO_2的比例为3∶1时,采空区惰化效果最佳;当耦合气体注入点位置位于运输巷侧采空区距工作面45m时,该位置注入的惰性耦合气体对采空区的惰化效果最佳。     

CO2-N2复合惰气对氧化煤冷却惰化特性研究

为对比分析不同比例CO₂-N₂复合惰气和纯CO₂/N₂对氧化煤惰化效果,利用程序升温实验系统,分别对比煤处于临界温度和干裂温度下通入纯CO₂/N₂和CO₂-N₂复合气体后O₂、CO气体浓度和煤温的变化特征。结果表明：在氧化煤冷却过程中,相同注气流量下,CO₂含量占比高于N₂时表现出更快的降温速率、更大的O₂和CO浓度降幅以及活化能;以临界温度为初始煤温时,30%N₂+70%CO₂的降氧速率高于10%N₂+90%CO₂和纯CO₂为0.4～1.22 mol/(cm³·s),CO下降速率高于10%N₂+90%CO₂和纯CO₂为0.24～0...     

孟巴矿高地温高湿环境采空区特厚遗煤自燃规律研究

针对孟巴矿二分层1203工作面采空区特厚遗煤在高地温高湿环境下存在二次氧化的复杂性特点,采用工作面两巷预埋管路人工取气观测及数值模拟采空区内O2浓度场的方法,以O2浓度及CO浓度为指标划分了采空区煤自燃"三带"范围,确定了工作面的最小安全推进速度为2.8m/d,为二分层工作面自燃火灾防治提供了依据。     

煤低温氧化CO与CO2的同位素指标研究

煤自燃火灾是矿井生产过程中的重大灾害之一，对矿井安全生产存在巨大威胁；煤自燃是一个复杂的氧化过程，要经历不同的氧化阶段，故要建立相应指标来判断不同的煤氧反应阶段。利用程序升温-气相色谱联用实验，分析了长焰煤自燃氧化过程中标志气体随温度变化规律，依据升温氧化实验数据，将煤自燃划分为4个阶段；以φ(CO)/φ(CO₂)和第三火灾系数R₃作为辅助指标，对煤氧反应阶段进行划分；同时通过检测低体积分数CO、CO₂中氧同位素的丰度值，得到气体产物中δ¹⁸O(氧同位素值)随温度变化的规律，并以δ¹⁸O为指标，根据δ¹⁸O变化规律将煤自燃划分4个阶段。