采空区自然发火三带的数值模拟
《西北地区侏罗纪煤层采空区自然发火规律的数值模拟研究》
《西北地区侏罗纪煤层采空区自然发火规律的数值模拟研究》篇一摘要随着煤炭开采的持续深入，采空区自然发火问题日益突出，尤其是西北地区侏罗纪煤层采空区的自然发火现象。
本文通过数值模拟方法，对西北地区侏罗纪煤层采空区自然发火的规律进行了深入研究。
首先，对研究区域的地质背景和煤层特性进行了分析；其次，建立了数值模型，并运用相关软件进行了模拟计算；最后，对模拟结果进行了详细的分析和讨论，以期为预防和控制采空区自然发火提供理论依据。
一、引言西北地区是我国主要的煤炭产区之一，其侏罗纪煤层具有独特的开采特点和地质条件。
然而，在煤炭开采过程中，采空区的自然发火问题一直困扰着煤炭行业。
采空区自然发火不仅影响煤炭的开采安全，还会造成严重的环境污染和资源浪费。
因此，研究采空区自然发火的规律，对于预防和控制其发生具有重要意义。
二、研究区域地质背景及煤层特性分析西北地区地质条件复杂，侏罗纪煤层分布广泛。
该地区的煤层具有低灰分、低硫分、高挥发分等特点，同时煤层内部含有较多的黄铁矿等易氧化物质。
这些因素都为采空区自然发火提供了条件。
此外，该地区的气候干燥、风力较大，也加剧了采空区的氧化过程。
三、数值模拟方法及模型建立针对西北地区侏罗纪煤层采空区自然发火的规律研究，本文采用数值模拟方法。
首先，根据研究区域的地质条件和煤层特性，建立了相应的数值模型。
模型中考虑了煤层的厚度、倾角、内部结构以及外部环境因素等。
其次，运用相关软件进行模拟计算，通过设定不同的温度、风速、氧气浓度等参数，观察采空区内部的温度场、氧气浓度场以及可能出现的自然发火区域。
四、模拟结果分析模拟结果显示，在西北地区侏罗纪煤层采空区内，由于煤层内部黄铁矿等易氧化物质的氧化作用以及外部环境因素的影响，采空区内温度逐渐升高。
当温度达到一定阈值时，便可能引发自然发火。
同时，风速和氧气浓度的变化也会对采空区的自然发火产生影响。
高风速和低氧气浓度有助于降低采空区的温度和氧气浓度，从而抑制自然发火的发生；而低风速和高氧气浓度则可能加剧采空区的氧化过程，增加自然发火的风险。
CFD模拟技术在采空区“三带”分布中的应用
３ ３
模 型 的求解 并 可视化 就是对 采 空 区气 体分 布状 况
３ ２
ｄｉｌ．９ ９ｊｓｎ１７ — ９ ３２ １．１ ２ ｏ：０３６ ／ｉ ６ ２ ９ ４ ．０ ２Ｏ ． ｓ Ｏ１
能 源 技 术 与 管 理
２１ ０ ２年第 １ 期
［ 口 拟技带在 空 区“ Ｆ 三带 ＂ 分布 中的应用
张
［ 摘
神 王德明 ， ， 刘小亮 曹 凯 ，
（． １ 中国矿业大学 安全工程学院， 江苏 徐州 ２ ｌ ０ ；． ２ ０８ ２中国矿业大学 资源与地球科学学院， 苏 徐州 ２ １ ０ ） 江 ２ ０８
要 ］ 对采 空 区氧 气浓度 场 分布规律 的数值 模 拟技 术进 行研 究 ， 绍 并 阐述 Ｆ ＵＥ 介 Ｌ ＮＴ 开 发 采 空区氧 气浓度 场 Ｃ Ｄ模 型 的 方法与 步骤 。应 用 Ｃ Ｄ技 术 对 ５ ２ — ７工作 面 Ｆ Ｆ ５１ １ 采 空 区氧 气 浓度 分布进 行模 拟 ， 模拟 数据 与现 场基 本 吻合 。根 据模拟 结果 划分 “ 三 带” 范围， 定了采空区中易自燃区域。结果表明， Ｆ 确 Ｃ Ｄ模拟技术是研 究采空区“ 三 带” 分布规 律 的可行 手段 之 一 ， 可为 实施 采空 区煤 炭 自燃 防治技 术提 供依 据 。 ［ 键词 ］ 煤 自燃 ； 空 区 ；三 带”Ｃ Ｄ 模 拟 关 采 “ ；Ｆ ［ 中图分 类号 ］Ｔ １ ［ Ｄ７ 文献标 识码 ］Ｂ ［ 文章 编号 ］１７ ．９３２ １）１）３４３ ６２９４（０２０ ０２ ） ４ 泥岩、 炭质 粉砂 岩 ， 褐色砂 质泥 岩 。 灰 Ｔ作 面上 部 、 中部 以光亮 型 煤 为主 ， 石 少 ， 夹 煤质 好 ； 部 以暗 下 煤 为主 ， 石多 ， 质低 劣 。煤层 自西 南 向东北 逐 夹 煤
基于fluent的采空区流场分布数值模拟分析
∞ ６
２
∞ ８
连 续性 方程
丝
ａ
钾
色谱分析 ， 分析气体组成成分。
＋
１ １
８
３ 测定 结 果及 分析
在 正 常 的回采 过程 中 ， 天取 样一 次 ， 直 取 到 每 一
Ｎ ｖｅ— ｔｋ ｓ 程 ［ ａ ｉ Ｓｏ ｅ 方 ｒ
中 图分 类号 ： Ｄ ５２ Ｔ ７ 文 献 标 志码 ： Ｂ
矿 井 火 灾分 为 内 因火 灾 和外 因火 灾 ， 多数 火 大 中 ， 空 区发火 又 占了很 大 的 比例 。根据 统计 分 析 ， 采 矿 井火 源 主要分 布 在采 空 区 、 柱 、 煤 巷道 顶煤 和 断层
施 工 时按 下 列步 骤进 行 ：
（） １ 束管从工作面处第一个测点开始 ，分别穿
一
于三通 ， 防尘管 、 两通 ， 在每个测点处与该处测点的 自燃一 很易 自燃 煤层 ， 火期为 ３～６个月 ； 厚 发 煤 测温探头导线绑定后 ， 一齐拉 出防尘管 。 ２ ５～ ． 平均 ３３ 结构复杂 ， ． ４９ ｍ， ． ｍ， 倾角 ２ ５ ， —１。平 （） ２ 待束管及各测点设置 的测 温探头共 同拉出 均 ５， 。随着工作面的推进， 采空区遗煤经历散热带 、 至指定位置后 ，在每个测点处将对应的单芯束管从 氧化 带 与窒 息带 即遗 煤氧 化 “ 三带 ” 。为 防止采 空 区 法 兰 穿人 拉 进 探 头保 护套 管 ， 至 达 到保 护 套 管 打 直 遗煤 自 ，在采空区的上下顺槽预埋束管和测温探 燃 孑处 ， Ｌ 并将传感器温度端与对应束管捆绑 ， 固定于套 头， 抽取 采空 区气 样 ， 分析 采 空 区氧气 浓度 沿走 向 的 管 内。 变化 趋 势 ， 观察 随着 工作 面 的推进 ， 点氧 气浓 度 和 测 （ ） 黄 泥 将 三 通 与 法 兰 连 接 处 封 堵 ， 止 防 ３用 防 温度 的变化 情况 ， 分采 空 区“ 划 三带 ” 以及 高温 区域 ， 尘管 内的气体进人套管， 影响气体成分 ； 将钢丝 网包 并结合所采煤层的 自然发火期 ， 计算 出工作面的临 裹于保护套管的周围 ， 防止异物堵塞套管 四周孔眼 ， 界推进速度 ， 为采空区防火提供技术指导。 影 响 抽气 ； 铁 丝穿 出套 管 四周 孔 眼 ， 绑 固定 于防 用 捆
雁南煤矿I0128205综放工作面采空区自燃“三带”数值模拟研究
雁南煤矿I0128205综放工作面采空区自燃“三带”数值模拟研究作者：徐百平来源：《价值工程》2020年第13期摘要：为了探究雁南煤矿I0128205综放工作面采空区自燃“三带”分布规律，本文以雁南煤矿I0128205综放工作面实际概况为工程背景，对采空区温度场和氧气场在实际通风量为1000m3/min的情况下进行数值模拟。
根据数值模拟结果，划分出I0128205综放工作面采空区自燃“三带”。
Abstract： In order to explore the distribution regularity of spontaneous combustion "three zone" in goaf of Yanan Coal Mine I0128205 fully mechanized coal face， this paper takes the actual overview as the engineering background， carries out numerical simulation of goaf temperature field and oxygen field under the condition that the ventilation volume is 1000m3/min. According to the results of numerical simulation， the "three zone" of spontaneous combustion in the goaf of fully mechanized coal face of I0128205 are divided.关键词：采空区;自燃“三带”分布规律;数值模拟0; 引言矿井火灾是煤矿主要灾害之一，大多数发生在采空区附近[1-3]。
采空区遗煤在合适的通风量下与氧气发生氧化反应，致使采空区遗煤氧化升温，热量积聚到一定程度就会使采空区遗煤自燃，引起火灾。
辛置煤矿综采工作面采空区自燃“三带”划分研究
收稿日期：２０１９?０７?０２作者简介：孙海峰（１９８４－），男，山西交口人，工程师，从事矿井通风与安全技术工作。
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０２０．０２．０１６辛置煤矿综采工作面采空区自燃“三带”划分研究孙海峰（霍州煤电集团公司辛置煤矿，山西霍州 ０３１４１２）摘 要：为搞清辛置煤矿２－２０８工作面采空区自燃“三带”的分布范围，通过在工作面的进、回风巷预埋两组束管，进行现场监测采空区氧浓度场的分布规律，并结合计算机数值模拟，分析得出辛置矿２－２０８工作面采空区“三带”分布规律：０～２８ｍ为散热带，２８～５２ｍ为氧化带，距工作面大于５２ｍ为窒息带。
由此提出了采空区防灭火技术措施。
关键词：采空区；自燃“三带”；氧浓度场；防灭火中图分类号：ＴＤ７５２．２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５?２７９８（２０２０）０２?００４４?０３ 煤炭自然发火不仅会导致矿井设备毁坏、资源冻结和生产接替紧张，造成巨大经济损失，还会释放出大量的有毒有害气体，危及矿工的人身安全［１］。
采空区作为井下煤层自然发火的高危区域［２］，是煤矿防治的重点［３］。
辛置煤矿已开采数年，井下巷道错综复杂，增加了采空区漏风的危险，而且开采的煤层主要为高硫煤，属于Ⅱ类自燃煤层，具有自燃性，矿井和煤层赋存地质条件的特殊性增加了自燃危险性［４］。
本文以辛置煤矿２－２０８工作面为研究对象，通过对综采工作面采空区自燃“三带”分布情况进行现场实测、理论分析和模拟研究，确定采空区自燃“三带”分布规律，并提出了现场防火的技术措施［５］。
１ 工程背景辛置煤矿２－２０８综采工作面所采２号煤层位于二叠系下统山西组，为低硫肥煤，工作面标高２６１～３０６ｍ，地面标高７２５～７４５ｍ，煤层平均厚度４．１ｍ，倾角２～６°，煤层稳定可采，结构复杂，含两层夹矸，其中第二层夹矸层位较稳定，厚度稍大。
煤层老顶为厚度７．２ｍ的Ｋ８中细砂岩，直接顶为３ｍ厚的泥岩、砂泥岩；直接底为４．５ｍ厚的泥岩，老底为６．５ｍ厚的中砂岩。
煤矿采空区三带划分-精选.pdf
内蒙古*****有限公司******煤矿综采工作面采空区自燃“三带”划分报告编写：内蒙古*****************技术部审核: *** **** **** 批准：*****2017年10月11日制定2017年10月11日实施综采工作面采空区自燃“三带”划分报告作为煤矿五大自然灾害之一，火灾的发生不仅能产生大量的CO造成作业人员中毒，高温烟流可能导致巷道风流逆转、破坏通风系统，而且还会烧毁资源、设备，甚至引起矿井瓦斯燃烧和爆炸。
根据其成因将矿井火灾分为内因火灾和外因火灾，内因火灾因其发生过程缓慢，无明显火焰，不易察觉，也不能及时找到火源的精准位置，一旦发现，大面积自燃发火很难控制和采取措施处理。
据不完全统计，采空区自燃火灾占矿井内因火灾的60%左右，矿井内因火灾大多数都与采空区有关，因此通过测定定采空区自燃三带的宽度，进而确定采空区自燃的安全推进速度，是煤矿效预防采空区自然发火的关键。
一、***********采煤工作面概况***********采煤工作面长度130米，高度 4.0米，***********切眼平均坡度32°。
+1500水平一采区***********采煤工作面位于矿井北翼，是本井田9#层煤第二个回采工作面，***********回风顺槽标高为： +1435.1～+1505.5m，平均为：+1470.3m，运输顺槽标高为：+1359.9m～+1453.2m，平均为：＋1406.6m。
工作面埋深97.9m～243.5m,平均埋深：170.7m。
，回采方式为综采一次采全高，采用U 型通风方式，全部垮落法控制顶板，所开采9号煤层属于易燃煤层，自燃倾向等级为Ⅱ级，最短自燃发火期为134d。
二、采空区“三带”划分方法目前对采空区“三带”的划分方法主要根据对煤自燃过程产生影响的氧气浓度、漏风流速和温升速率3个指标确定。
1、根据采空区漏风流速划分。
这种方法主要通过实验室模型实验，模拟采场的实际条件来进行。
9采空区自燃三带及其划分
授课人介绍
☐授课：时国庆
☐单位：安全工程学院
☐专长：矿井火灾与防治
☐课程：矿井火灾学
☐教材：王德明，《矿井火灾学》，2008.
采空区自燃三带及其划分
时国庆
课时目标
☐采空三带的概念
☐采空区自燃三带的划分方法及标准
☐采空区自燃三带观测的步骤
☐自燃三带的划分的意义
一、采空区煤炭自燃三带的概念
火 采空区自燃
火火火 高冒自燃 煤柱自燃
☐采空区是煤炭自燃的主要易发地点之一
一、采空区煤炭自燃三带的概念
不自燃自
燃
带
窒
息
带
带
☐不自燃带：漏风强度大，热量被及时带走,不会发生自燃。
自燃带漏风强度减弱遗煤氧化热量聚积可能导致煤自燃☐自燃带：漏风强度减弱，遗煤氧化热量聚积，可能导致煤自燃。
☐窒息带：漏风基本消失，氧气浓度下降而无法维持煤氧化。
二、自燃“三带”的划分方法和标准 两种划分方法的对比
依据氧气浓度划分的方法：可操作性强，认可
度广；
依据漏风风速划分的方法：可操作性较低，测
程往往无行或可度，
定过程往往无法进行或测定结果可信度较低，一
般不被认可。
三、自燃“三带”观测步骤 氧气浓度测点布置
800m
180m
100m
综放工作面布置平面图
三、自燃“三带”观测步骤 氧气浓度测点布置
800m
180m
100m
综放工作面布置平面图
三、自燃“三带”观测步骤
取气束管的敷设与保护
线路保护套管
测点保护
抽气泵
球胆束管敷设路线图
测试过程
氧气的测试过程及数据记录
指导火工作
谢谢大家！。
浅埋藏易自燃大型综放工作面自燃“三带”分布规律的实测与数值模拟研究
经６ Ｏ余 ｄ的连续观测 ， 得到 ４组 Ｏ 浓度 随采 空 区深度 增加 的变 化 曲线 ， 图 ２ 依 据 实测 数 据 拟 见 ，
・
３ ・ ６
２１ 年 ４ ０２ 月
合 出 Ｏ 浓 度分 布 云 图 ， 图 ３ 见 。
矿 业 安 全 与 环 保
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ８ ２ １ — ８ ０
一 ●
过 ｍ 。
图 １ 测点布 置示 意图
作 者 简 介 ： 文 国（ ９ １ ） 男 ， 程 师 ， 事通 风 防 灭 火 李 １７ 一 ， 工 从
１２ 实测 数 据与 分析 ．
方 面的研究及现场技 术管理工作。Ｅ ｍａ ：ｗ ｎ ＠ｅｉａｏ － ｉ ｌ ｅ ｇ ｈｎｃ￣． ｌｉ
作面煤层埋藏较浅 ， 最浅处为 １０ｍ左右 ， ０ 且地表为 原 始 地貌 ， 部 存在 ８个 小煤 窑 老采 空 区 ， 成 地表 上 造 向工 作 面漏风 复杂 ， 常 规 工 作 面 相 比采 空 区 自然 与
发 火 的规 律 有 所 不 同 。采 空 区 自燃 “ 带 ” 论 三 理
５ ， 热带 （ 大于 １ ％ ” ％ 散 Ｏ） ８ 的标 准 划 分 采 空 区 自 燃 “ 带 ” 。因此 ， 三 只要 测 得 采 空 区 （ ， 的 分 布 Ｏ） 特征 ， 即可 得 到采空 区 “ 三带 ” 的分 布规 律 。 １ １ 采空 区 ｏ： ． 浓度 的观 测 方法
－ ｄ＃
４２０ｍ， 作 面平 均 煤 厚 ７ ３ 最 厚 达 １． ０ 工 ．３ｍ， ６ ８ｍ， 是一 个 大型综 放 工 作 面 ； 工 作 面 开 采 煤 层 为容 易 该 白燃 煤层 ， 尘 具 有 爆 炸倾 向性 。４ ０ 煤 １６工作 面采 用 负压 通 风 ， 风 量 在 １４０ｍ ／ ｉ 右 。同 时该 工 配 ５ ｍｎ左