孤岛工作面采空区煤炭氧化“三带”分布规律研究

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采空区自燃“三带”分布规律的模拟研究

采空区自燃“三带”分布规律的模拟研究

采空 区 自燃 “ 三带 ” 分布规律 的模拟 研究
王云龙 , 贾宝 山 2林立 峰 ,
(. 1 山西 汾 河 焦 煤 股 份 有 限 公 司 回坡 底煤 矿 , 山西 洪 洞 0 1 0 ;.辽 宁 工 程 技 术 大 学 安 全 科 学 与 工 程 学 院 4 60 2 辽 宁 阜 新 130 ) 0 0 2
度 依 次 为 4 1 1 3m。 81 和 2 1
[ 键 词 ] 采 空 区; 关 自燃 “ 带” 有 限单元 法 ; 值模 拟 三 ; 数 [ 中图分 类 号 ]T 522 [ D7 . 文献标 识 码 ]A [ 文章 编 号 ] 当漏 风强 度 大 于 00 4m s , 为煤 的 自燃 . /时 认 0
[ 摘 要 ] 漏风 强 度和 氧 气浓度 一 直 是诸 多采 空 区 自燃 “ 带” 分 方 法 的重 要 依 据 , 三 划 而不 同 的采 空 区 自燃 “ 带” 三 划分 方 法得 出的 结论各 有 差异 。采用有 限单元 方 法 , 采 空 区 对 遗煤 自燃过 程 漏 风渗 流 场和 氧 气浓 度 场进 行 了模 拟研 究 ,根 据 临界 风 速 法和 流 场 与 氧 气 浓度 场 结合 法分 别 划分 出采 空 区 自燃 “ 带 ” 范 围 , 出 了最 大 自燃 带 宽 三 的 得
采 空 区 的难 以触及 等 原 因 ,也 很难 准确 的找 出 自 燃点 , 而等 到 发现 其 自燃征 兆 为时 已晚 , 已发展 早
热量Байду номын сангаас的聚集 ( 自燃带 )而 当漏 风强度 小于 0 0 / , . 2ms 0
时, 提供 的氧 气极 少 , 煤氧 反应 会 因缺 少 氧气 而停 滞( 窒息 带 ) 。
加 而 获得 , 即为 :

关于综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法研究

关于综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法研究

关于综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法研究[摘要]随着我国采矿工作的不断深入,采矿技术得到了极大地提高,本文主要结合自己的工作经验,对综放面采空区自燃”三带”的综合划分方法进行简要的探讨,并在此基础上提出几种煤炭自燃防治的新技术,以供参考。

[关键词]综放面采空区自燃”三带” 综合划分1综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法及其指标1.1采空区自燃“三带”的综合划分指标“三带”的划分指标通常由采空区内的氧气浓度、漏风风速以及温度分布来进行划分的。

其中,冷却带与氧化带之间应该以煤自燃氧化蓄热的临界风速为主指标;而氧化带与窒息带之间应该以煤自然发火的临界氧浓度为主指标,并综合考虑顶板冒落状态、漏风分布状态和温度分布状态等因素。

以下在采空区自燃“三带”的综合划分指标的基础上对综放面采空区自燃“三带”的综合划分方法进行分析。

1.2煤氧化自燃的极限氧浓度确定氧气为煤炭的自燃提供了决定性的条件,氧气供给量越大,煤与氧的化学作用越强,放热强度也就越大。

在温度一定的情况下,放热强度基本上与氧浓度成正比,当氧浓度与上限漏风强度对应的浓度值相同时,煤体的氧化生热大于散热,煤体的升温速度达到极限,由于是结合上限漏风强度得出的氧气浓度,因此,此极限浓度称为上限氧浓度(Cmax)。

大量研究表明:上限氧浓度与上限漏风强度、煤氧化放热性、浮煤堆积厚度、周围散热条件和煤岩体原始温度存在一定关系。

在现场实践时,煤体的氧化放热特性、浮煤堆积厚度、采空区的上限漏风强度、周围散热条件和煤岩体原始温度都是定值,所以上限氧浓度是可以确定的,其计算公式为式中:ρg表示工作面风流密度(kg/m3);Cg表示工作面风流热容(J/(g·℃));q0(Tc)表示试验测定的放热强度(J/(m3·s));λc表示浮煤导热系数(J/(s·m·℃));Qmax表示采空区上限漏风强度(m3/(min·m2));C0表示新鲜风流氧浓度(mol/m3);Tc表示煤体平均温度(℃);Ty表示岩层平均温度(℃);h表示松散煤体厚度(m);Cmax由上限氧浓度推导出煤体氧化生热的最大氧浓度Cμ的计算公式为式中:V表示气体的摩尔体积(L/mol);n表示氧气的分子量。

煤层工作面采空区自燃三带划分项目研究方案

煤层工作面采空区自燃三带划分项目研究方案

煤层自然发火期、自燃标志性气体及工作面采空区自燃“三带”划分项目研究方案中国矿业大学安全工程学院二○一六年五月1 研究内容1.1主要研究内容1)测试煤层自然发火期;2)研究煤层煤氧化过程中生成的气体与煤温之间的关系,筛选预报煤层自然发火的标志气体,确定预报临界参数,建立指标气体与煤温的对应关系;3)测定工作面采空区内部温度、气体浓度随着工作面推进的变化规律,确定工作面采空区自燃“三带”;1.2研究目标1)确定煤层自燃早期预报的指标气体及其预报临界参数;2)查明工作面采空区自燃“三带”宽度;3)掌握工作面采空区自燃规律。

1.3技术路线1)通过对相邻矿井开采同类煤层的自然发火规律调查,并进行现场调研,分析煤炭自燃的发生规律及其影响因素;2)现场采集煤样,通过实验测试研究,对煤层的自然发火危险性、氧化特性和自燃倾向性进行鉴定评价;3)研究煤层氧化升温过程中各种气体的生成规律,确定工作面煤自燃预测预报标志气体;4)进行工作面采空区自燃“三带”测定,研究采空区自燃规律;2 研究方法煤炭自燃火灾是矿井常见主要灾害之一。

不仅可造成工作面停产,冻结已准备的煤炭资源,而且还可能造成大量人员伤亡。

淮北矿区部分矿井如朱仙庄矿、桃园矿、许疃矿等开采煤层具有自然发火危险性,发火期为3~6个月。

自然发火威胁矿井安全生产,因此,研究煤层自燃发火特征与防控技术是保证矿井安全生产的主要工作重点任务之一。

2.1 “三带”划分指标及方法的确定目前,确定划分“三带”的指标主要有三种:①采空区漏风风速V(V>0.24m/min为散热带;0.24≥V≥0.1m/min为自燃带;V<0.1m/min为自窒息带);②采空区氧浓度(C)分布(认为C<6%为窒息带,C≥6%为自燃带或散热带);煤的氧化反应顺利进行的前提条件是的供氧速度大于耗氧速度,否则则氧化过程将受到抑制;③温度升高速率。

在较长的一段时间内采空区遗煤温升速度1℃/d,则为自燃带。

采空区_三带_划分指标的研究

采空区_三带_划分指标的研究

量又不会及时带走 , 形成热量蓄积 , 使煤的温 度不断上升。经过一定时间, 导致自燃。 # 窒息带。此区内风速过小 , 风流中氧浓度太 低, 不能维持氧化过程不断发展; 另外 , 即使 已经发生自燃 , 也会因缺氧而窒息。 划分 三带 有三种标准。一种是按照采 空区内漏风速划分的: 低温不自燃带, 采空区 内漏风风速在 0. 24~ 0. 1m/ m in 的区域; 可 能自燃带, 漏风风速在 0. 24~ 0. 1m/ min 之 间的区域; 窒息带 , 漏风风速小于 0. 1m/ m in 的区域。另一种是按照氧气浓度划分 : 低温 不自燃带, 氧气浓度大于 18% ; 可能自燃带 , 氧气浓度在 18% ~ 10% 之间; 窒息 带, 氧气 浓度低于 10% 。漏风速指标和氧气浓度指 特性曲线应以顶板下沉量为横坐标 , 以支柱 阻力为纵坐标通过现场实测来绘制。各矿井 可以把所使用的各种支架, 在用于不同煤层 工作面及顶板条件下时, 现场实测其实际工 作特性曲线 , 根据此工作特性曲线计算顶板 释放能量。
煤炭工程师
199. 3
1997
标实质上是一致的, 二者都是以采空区内漏 风流情况为划分 三带 的依据。只是在采空 区内测量漏风速较难做到 , 按漏风速划分 三 带 的标准通常用在理论数值解算上较多, 而 测取采空区内氧气浓度相对容易些, 所以在 现场实测分析中多采用按氧气浓度划分 三 带 的标准。最近国内外一些学者提出用升 温率指标划分采空区 三带 的标准。如果采 空区内每天的升温率 K %1 & / d 时, 就可以 认为已进入可能自燃带。 上述三种划分采空区 三带 的指标, 在 实际应用中的适用性如何, 下面将进行这方 面的研究分析。 2 氧浓度和漏风速指标的局限性 图 1 为平庄古山二井 380 工作面采空区 进回风两侧测取的氧气浓度距工作面距离变

不同风量条件下采空区自燃“三带”分布规律研究

不同风量条件下采空区自燃“三带”分布规律研究

中图 分类 号 : F 4 0 6 . 3 ; T D 7 5
文献标 志码 : B
文章 编号 : 1 0 0 8— 0 1 5 5( 2 0 1 5) 0 8—0 1 8 5— 0 3
采用实测的方 式去 研究每个 工作面的 “ 三带 ” 分 布, 工作量极大、 成本较高 。因此提 出通过本次实测该 工作 面一 定 配 风 量 下 , 以采 空 区 氧 气 浓 度 分 布 变 化 情 况 为依托 。] , 建 立相 对 应 的数 学 分 析模 型 , 研 究 工作 面采 空 区氧 气 浓 度 的 分 布 变 化 , 结合 技 术 人 员 井 下 现 场 测定 参数 , 对数 学模 型 进行 相 应 的 补 充和 调 整 , 使 得 数学模型研究结果更为准确 , 利用校正后的模型 , 对工 作面采空区氧气浓度 的变化及分布规律进行模 拟, 利 用模 拟 结果指 导工 作面 回采 期 间的 防灭火 工作 。
1工 作 面 概 况
渗透系数和 耗氧速度 , 压 力分布等 , 确定好 上述 条件 后, 再对实际情况 下漏风流 场、 氧 浓度场进 行数值 模 Leabharlann 拟 一 。 + +
c 薏 + 毒 t 考 + 毒 考 , = 。 毒 : 唾+ 参 + 唾+

昙 ( g p d i v [ I t  ̄ ( g r a d u 1 ) ] = +
氧气浓度的分布特征 , 从而确定采空区自燃 。 三带 的分布变化情况 , 较 全面 、 系统地掌握该 矿该 自燃 煤层开采 期间自然发 火规律 , 确 定综放工作面采 空区煤自燃“ 三带 ” 分布 范围。为合理确 定各种 防灭火技术方案的设计提供了依据 。 关键词 : 采空区 ; 自燃 “ 三带 ” ; 数值模拟 ; 氧气浓 度变 化

综放工作面采空区自燃“三带”分布规律的研究

综放工作面采空区自燃“三带”分布规律的研究

311矿井火灾是煤矿开采所面临的“五大灾害”之一,由采空区遗煤自燃发火导致的内因火灾是矿井火灾的主要原因。

为预防采空区遗煤的自燃危险,需要对采空区进行“三带”的划分为散热带、氧化带、窒息带。

随着煤矿采掘的不断推进,为解决开采难度大、经济效益低等问题,越来越多的开采作业面采用台阶型综采工作面的布置方式,即综采工作面与两顺槽巷道间留有一个台阶,但此类工作面周围存在大面积采空区,漏风现象较为严重,给工作面火灾防治工作带来极大挑战。

因此,本文以庞庞塔矿5-108工作面为例,通过对工作面采空区温度、CO浓度分布规律进行测试研究,合理科学地给出了工作面自燃“三带”区域,并相应地求出该工作面的最小推进速度,保证工作面的安全回采。

1 矿井概况 庞庞塔矿位于位于山西省河东煤田中段临县县城以东。

井田面积60.73k㎡,生产规模1000万吨/年,批准开采3号-10号煤层。

5-108工作面是综采放顶煤工作面,煤层厚度2.50~4.3m,平均厚度3.5m;倾角3°~7°,平均为 5°;工作面东侧为5-106上工作面采空区,西侧斜上方为5-103上工作面采空区,北邻冲刷带无煤区、南邻西翼带巷和西翼轨道巷。

煤层平均倾角6°,开采煤层厚为2.7m。

与传统综放工作面的不同之处是,该工作面的东侧上方约111m处存在上分层的采空区,在分析采空区自燃“三带”分布规律时,应充分考虑上分层采空区对“三带”分布的影响。

2 现场测试方案 2.1 测点布置 温度传感器和束管安装在5-108综放工作面采空区内,用以监测及分析温度和气体。

1#、2#和 3#测点位于进风巷一侧,6#、7#和 8#测点位于回风巷一侧,每个测点之间的距离约为9m;4#和5#测点则布置在5-108上工作面两顺槽的以内约10m 处。

各测点均布置有温度传感器和束管,每个测点的温度传感器和束管将随着工作面的推进逐渐埋入采区内[2]。

由于矿井环境条件恶劣,温度传感器必须要同时具备稳定性能好、安全性能高、防腐蚀、抗静电冲击等优良特性,并适应于远距离传送要求,能够满足煤炭自燃的早期预测预报。

综采工作面采空区自燃“三带”分布规律研究

综采工作面采空区自燃“三带”分布规律研究

此范 围内氧气 浓 度为 1 % ~1 % , 0 8 上覆 岩 层 冒落 并 逐渐 压 实 , 风量 变 小 , 氧 适 宜 , 氧 化 产 生 的热 漏 供 煤 量积 聚 , 在 自然 发火 的可 能 ; 向采 空 区方 向延 伸 存 再 为 窒息 带 , 此 范 围 内氧 气 浓 度 小 于 1 % , 氧 进 在 0 供
10 N工 作 面 为 9煤 层 的第 3个 回采 工 作 面 , 92 位 于 +8 0m 水平 一 采 区北翼 。 工作 面 开采 范 围 内 5 南 北 平均 走 向长 18 0m, 眼 倾 斜 长 2 5 m, 层 9 切 8 煤
平 均 埋 深 3 0 2m。 3 .
是 通 过 采 集 采 空 区 气 样 来 分 析 采 空 区 内遗 煤 的 氧 化
情况 。
自工作 面 向采 空 区 , 先为 散热 带 , 首 在此 范 围 内 氧气 浓度 大 于 1 % , 风 量 较 大 , 氧 化 产 生 的热 8 漏 煤
量 被 漏 风 带 走 ; 着 向采 空 区 方 向 延 伸 为 氧 化 带 , 接 在
区风 流 的流线 分 布和流 速分 布 。 由于采 空 区环境 复
收 稿 日期 : 0 1—1 0 21 1— 8
作 者 简 介 :付 立 志 ( 9 8 ) 男 , 东 泰 安 人 , 程 师 ,0 9年 毕 业 17 一 , 山 工 20
时 , 要 通 过 数 值 模 拟 得 到 不 同 边 界 条 件 下 的 采 空 需
结合 1 0 N工 作 面 的实 际情 况 , 次 自燃 “ 92 此 三 带” 观测 所确 定 的 划 分 依 据 为 氧气 浓 度 。按 照 图 l
所示 , 工作 面布 置 4个 测点 , 在 采用 在 采空 区埋 设 气 体采集 装 置 , 通过 束 管 传 输 , 用 真 空抽 气 泵 取 气 , 利 色谱仪 分 析 的方式 进行 观测 。 在工 作 面 及 两 巷 共 布 置 4 条 管 路 , 度 均 为 长 10m。在每 条管 路靠 近 采 空 区一 侧 连接 气 体 采 集 0

孤岛综放面采空区自燃“三带”实测与数值模拟

孤岛综放面采空区自燃“三带”实测与数值模拟
空区 自然发 火的危 险性, 为制定 防灭火技术措施提供准确的数据支持和理论依据. 关键词 : 孤 岛综放面 ; 采 空区; 自燃“ 三带” ; 数值模拟
中图 分 类 号 : T D 7 5 2 . 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 6 7 4— 5 8 7 6 ( 2 0 1 3 ) 0 2— 0 0 4 2— 0 5
王 跃
( 神华国能哈密煤电有 限公 司 大南湖一矿 , 新疆 哈密 8 3 9 0 0 0 )
摘 要 : 根据 国阳二矿 8 0 5 0 9孤 岛综放工作面 的地质条件 , 通过 现场 实测与数值模 拟 , 探 究采空 区 自燃“ 三带” 分布, 掌握采 空
区煤 自燃 的情况 , 及 时发现采空 区遗煤 自燃发 火的危险 , 分析采空 区遗煤 自燃的 3个特 征( 采空 区漏风强度 、 氧气浓度和 温度 ) 及 采
第2 8 卷 第2 期 2 0 1 3年 6月
矿 业 工 程 研 究
Mi n er a l En g i n e e r i n g Re s e a r c h
Vo l I 2 8 No . 2
J u n .2 0 1 3
孤 岛综放面采空区 自燃 “ 三带’ ’ 实测与数值模拟
图1 8 0 5 0 9 孤 岛综放面监测 系统示意图
F i g . 1 T h e 8 0 5 0 9 i s l a n d f u l l y me c h a n i z e d c a v i n g f a c e mo n i t o r i n g s y s t e m d i a g r a m
42
、 越艇
0 【 厂 I 曼、 蜒0 u
加 : 2 m
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关 键词 : 采空区火灾; 然发火 ;三带” 自 “ 分布
中图分 类号 :D 5 T 7
文献 标识 码 : A
文章 编 号 :62—0821)2 04 0 17 1 (01O — 09—3 9
Su y o ws o a iain Th e o e srb t n i td n La fCo lOxd t r e Z n sDitiu i n o o
V 1 1 N . o. o 2 3
J n 2Байду номын сангаас1 u .0 1
孤 岛工作 面采空 区煤 炭氧化“ 三带 ” 分布规律研究
李 守勤 李应辉2 ,
( .淮南煤矿工程技术研究 院 , 1 安徽 淮南 2 20 ;.淮南矿业集 团张集煤矿 , 3 0 12 安徽 凤台 2 2 7 ) 3 14
此我国政府在“ 1 2 世纪议程” 中已将煤炭 自 列为 燃 重大 自然灾害类型之一… 。
1 工 作 面 概 述
12 8 7 5 工作面是北一 8煤采 区采煤工作面 , 该
工 作 面位 于北一 采 区南翼 , 侧 128工 作 面 已经 南 76
火, 具有十分重要的意义 。
2 束 管系统建立
煤 炭 自燃 是矿 井重要 灾 害之 一 , 是威 胁煤 矿安
全生 产 的重大 隐患 。影 响 采 空 区 遗煤 自燃 的 主要
该工 作 面置 于 12 8与 12 8采 空 区之 间 , 74 76 为一 孤 岛工 作面 ( 图 1 。 见 )
因素 是煤 炭 的氧化 , 煤炭 的 自燃危 及 工作 面 的正 常 回采 , 烧损 设备 、 结大量 的煤炭 资源 , 至会 导致 冻 甚 井 下 火灾 和瓦 斯爆 炸等事 故 的发 生 , 成 大量 人员 造 与财 产 的损失 , 矿井安 全生 产带 来 巨大 隐患 。 因 给
tr g sse t ee t ae n 5 缸 ,a d t eemiec a g fh e o e itb t n i 兽 t n ue sf t oi ytm od tc s si o n g n od tr n h n eo rezn sds iui n 。 oe s r ae t r o y
Go fo sa d—l e L n wa1 a fIln i og l k
L h u —q n IS o i .L n IYig— h i u
( .H a a ntu f o n nier gadTc nl y H a a n u 3 0 1 C ia 2 hn jC a Mie Huia 1 ui nIstt o a MieE gnei n eh oo , ui nA hi 2 0 , hn ; .Z ag ol n , a n n i e Cl n g n 2 i n M nn ru o , t. F nt A h i 3 14 hn ) iigG opC . Ld , eg  ̄ n u 2 2 7 ,C ia

要: 张集煤矿 128工作 面为孤 岛工作面开采 , 75 为防止回采过程 中出现 自然发 火事故, 采
用在上 风巷 埋设 束 管 , 用 J G一 利 S 7型煤矿 束 管监 测 系统采样 、 测采 空 区 内气体 , 定 出该 面 检 测
采 空 区“ 带” 三 变化规律 , 确保 了 12 8工作 面安 全回 采 。 75
i n n r c s fl n wal1 2 n mii g p o e s o o g l 7 58. Ke r y wo ds: iei ol p na e u o ut n;tre—zn it b t n Fr ng a;so tn o sc mb si o he o eds iui r o
该 工 作 面 走 向长 200 工作面推进长度 4 . m, 204 面积 4 8 5 m , 作 面 标 高 为 一 7 7 m, 5 4 工 3 4 0一

50 8 m。由于 下 隅 角 没 有 充 填 、 沿 空 受 压 使 得 双
轨运 顺煤 壁压 裂 以及运 用高 抽巷 、 底抽 巷使 得煤 岩 层破 裂等 原 因 , 大 采 空 区漏 风 , 加 了采 空 区遗 加 增 煤 自燃 的危 险性 。因此 , 究此种条 件 下工作 面采 研 空 区遗煤 氧 化 “ 三带 ” 布 , 于该 孤 岛工 作 面 防 分 对
cd nsi nn r c s .b u d pp sp e—s te n arrtr yt a l a e o p S 一7 mo i ie t n mi igp o e s o n iewa r et di i eu nwa s mpeg s sfrt eJ G l o y n—
第 3年 第 期 2 1l 6月 2 0 卷 1
J rao A h安徽理工大学学报( eho g( a r c ne o nl f nu U i rto Si c dTcnl y Nt a Si c) u i n e i e e n 然科学版) u l e v sy f c n a自 o
为研究 128 7 5 采煤工作面采空区内的气 体成 分和温度场随回采推进的变化规律 , 沿工作面轨顺
回采结束 , 东邻近 F 2断层 , W 北侧 128工作 面已 74
回采完毕 , 西到北一采区 8 煤层南翼胶带机大巷。
收 稿 日期 :0 1一 4— 7 21 o 2
Ab tatL nw l 12 8o h n j C a Miei ia d—l e nod r ope et pn eu o ut na — s c :o g a 7 5 f a g ol n ln r l Z i ss i .I re rvn omno s mb s o c k t s c i
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