基于流场模拟的复采工作面采空区自燃危险区域预测_邓军
《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不断深入，采空区自然发火问题日益突出，尤其是在西北地区侏罗纪煤层中。
本文通过数值模拟的方法，对采空区自然发火规律进行了系统研究，分析了煤层采空区的温度场变化、氧气浓度分布及火源的生成与发展规律，为预防和控制采空区自然发火提供了理论依据和指导建议。
一、引言随着西北地区煤炭资源的开采不断深入，采空区自然发火问题逐渐成为制约煤矿安全生产的重要因素。
侏罗纪煤层因其特殊的物理和化学性质，在采空后易发生自然发火现象。
因此，研究侏罗纪煤层采空区自然发火的规律，对于预防和控制火灾、保障煤矿安全具有重要意义。
二、研究区域概况与煤层特征西北地区地质构造复杂，以侏罗纪煤层为主。
该煤层具有高挥发分、低硫、中高灰分等特点，但同时易氧化、易自燃。
在采煤过程中，随着煤层的暴露和空气的渗透，易形成采空区，为自然发火提供了条件。
三、数值模拟方法与模型建立本研究采用数值模拟的方法，建立了采空区自然发火的物理模型和数学模型。
通过对采空区的温度场、氧气浓度场等关键参数进行计算和模拟，分析了采空区自然发火的规律。
模型中考虑了煤层特性、环境条件、通风状况等多重因素对自然发火的影响。
四、模拟结果与分析1. 温度场变化规律：模拟结果显示，采空区温度随时间逐渐升高，高温区域逐渐扩大。
在特定条件下，温度可达到煤的着火点，引发自然发火。
2. 氧气浓度分布：采空区内氧气浓度随通风状况的变化而变化。
高氧气浓度区域易促进煤的氧化过程，增加自然发火的风险。
3. 火源生成与发展：模拟结果表明，火源多在采空区的高温、高氧区域生成。
火源的发展受温度、氧气浓度、煤的物理化学性质等多重因素影响。
五、预防与控制措施建议基于模拟结果，提出以下预防与控制采空区自然发火的措施建议：1. 加强通风管理：合理布置通风系统，控制采空区氧气浓度，降低自然发火风险。
2. 定期检测与监控：建立完善的温度、氧气浓度监测系统，及时发现异常情况，采取相应措施。
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《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》范文
《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》篇一一、引言随着煤炭资源的开采利用，采空区自然发火问题逐渐成为煤炭工业安全生产的重大隐患之一。
西北地区因其独特的地质条件和气候环境，其侏罗纪煤层采空区自然发火现象尤为突出。
因此，开展针对该地区采空区自然发火规律的数值模拟研究，不仅有助于深入了解煤层自燃机理，也能为煤矿安全生产提供科学依据。
二、研究背景及意义西北地区由于其特殊的地理环境和气候条件，煤炭资源开采过程中容易发生采空区自然发火现象。
采空区自然发火不仅影响矿井安全生产，还可能造成严重的环境污染和资源浪费。
因此，对西北地区侏罗纪煤层采空区自然发火规律的研究具有重要价值。
通过对采空区自然发火规律的数值模拟研究，可以预测并控制采空区自燃，进而减少火灾事故的发生，提高煤炭资源开采的安全性。
三、研究内容与方法1. 研究内容本研究主要针对西北地区侏罗纪煤层采空区自然发火规律进行数值模拟研究。
具体包括：分析采空区煤层自燃的物理化学过程，建立数学模型；运用数值模拟软件对采空区自燃过程进行模拟；根据模拟结果分析采空区自燃的规律及影响因素。
2. 研究方法（1）文献综述：收集并整理国内外关于采空区自然发火的研究成果和经验，分析现有研究的不足和局限性。
（2）数学建模：基于采空区煤层自燃的物理化学过程，建立相应的数学模型。
（3）数值模拟：运用专业的数值模拟软件，对建立的数学模型进行求解和模拟。
（4）结果分析：根据模拟结果，分析采空区自燃的规律及影响因素，提出相应的控制措施和建议。
四、数值模拟结果与分析1. 模拟结果通过数值模拟，得到了西北地区侏罗纪煤层采空区自然发火的温度场、氧气浓度场等关键参数的分布情况。
模拟结果显示，采空区内温度分布不均，局部高温区域容易发生煤层自燃；氧气浓度在采空区内部呈现梯度分布，为煤层自燃提供了条件。
2. 规律分析根据模拟结果，分析得出以下规律：采空区内温度和氧气浓度是影响煤层自燃的关键因素；煤层自燃主要发生在采空区的局部高温区域；随着时间推移，自燃范围逐渐扩大；地质条件和气候环境对采空区自燃也有一定影响。
小甘沟煤矿综放采空区三维流场演化规律及自燃区域判定
小甘沟煤矿综放采空区三维流场演化规律及自燃区域判定
刘庆林;刘辉;张玉彬;马彬;柘强
【期刊名称】《煤矿现代化》
【年(卷),期】2024(33)3
【摘要】针对放顶煤开采采空区遗煤量大的实际特点,采用现场测试和数值模拟的方式开展小甘沟煤矿11121综放工作面复杂氧化条件煤体下采空区三维流场演化
规律研究及自燃危险区域判定。
通过FLUENT模拟不同配风量及压注参数等条件
下采空区流场演化规律。
结合束管及温度动态监控系统,提出以采空区氧浓度、漏
风风速和孔隙率相结合的采空区自燃危险区划分方法,精准判断采空区自燃“三带”范围,综合判定小甘沟工作面自然发火危险区域,有效提高采空区自燃危险性预测准
确性。
【总页数】5页(P58-62)
【作者】刘庆林;刘辉;张玉彬;马彬;柘强
【作者单位】新疆呼图壁县煤炭多种经营有限责任公司小甘沟煤矿;新疆准南煤矿
有限责任公司;新疆呼图壁县石梯子西沟煤炭有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD752
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1.王庄煤矿6206综放面采空区瓦斯流场及浓度分布规律研究
2.汝箕沟矿高瓦斯综放面采空区自燃危险区域判定方法
3.综放面采空区三带观测及自燃危险区域判定
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采空区注氮对瓦斯爆炸危险区的影响数值模拟
第52卷第3期2021年3月Safety in Coal Mines Vol.52 No.3 Mar. 2021移动扫码阅读D O I: 10.13347 /j.c n k i.m kaq .2021.03.038李芸卓，苏贺涛，季淮君.采空区注氮对瓦斯爆炸危险区的影响数值模拟[J].煤矿安全，2021,52(3)：211-216.LI Yunzhuo, SU Hetao. Jl Huaijun. Numerical simulation of e'ffect of nitrogen injection on gas explosion hazard in go af[j]. Safety in Coal Mines, 2021. 52(3): 211-216.采空区注氮对瓦斯爆炸危险区的影响数值模拟李芸卓苏贺涛季淮君|二(1.中国地质大学（北京）工程技术学院，北京丨0()083;2.中国地质大学（北京）国土资源部深部地质钻探技术重点实验室,北京100083)摘要：为研究注氮对高瓦斯矿井采空区内瓦斯爆炸危险区的影响，以安徽许疃煤矿3235工作面为实例，使用C0M S0L多物理场耦合模拟软件建立采空区注氮模型，分析了不同注氮流量及注氮位置条件下采空区气体运移规律，并依据线性叠加的数学原理对采空区瓦斯爆炸危险区进行划分，分析其分布特征。
通过对比研究发现：随采空区注氮流量的增加，爆炸所需最低浓度的氧气和爆炸极限内的甲烷，分别有向工作面和采空区移动的趋势，瓦斯爆炸危险区的最大宽度以及面积均呈现减小趋势；注氮位置和瓦斯爆炸所需氧气体积分数的危险区域，在一定范围内呈现负相关性。
关键词：采空区；瓦斯爆炸危险区；注氮流量；注氮口位置；负相关中图分类号:TD712 文献标志码：A文章编号：丨003-496)((202丨）03-02丨卜()6Numerical simulation of effect of nitrogen injection on gas explosion hazard in goafU Yunzhuo'-2, SU Hetao12, JI Huaijun12{\.School o f Engineering and Technology, China University o f Geosciences iBeijing), Beijing100083, China;2.Key Lal)〇rat〇7~y of Deep Geo-drilling Technolog}. Ministry o f Natural Resources, China University oj Ceosciences (Beijing), Beijing100083, China) A bstract：In order to study the effect of nitrogen injection on the gas explosion danger zone in the goaf of high-gas mines, taking the 3235 working face of a coal mine in Anhui Provinc e as an example, the COMSOL niultiphysics coupling simulation software was used to establish a model of nitrogen injection in the goaf, and the gas migration laws of goaf under differen! nitrogen injection flow rates and nitrogen injection positions were analyzed. According to the mathematical principle of linear superposition, the gas explosion hazard area of goaf is divided and its distribution characteristics are analyzed. Through comparative study, it is found that with the increase of nitrogen injection flow in the goaf, the oxygen with the lowest concentration recjuired for the explosion and the methane within the explosion limit have the tendency to move towards the working face and the goaf respectively, and the maximum width and area of the gas explosion hazard area show a trend of decrease. The nitrogen injection position and the hazard area of the volume fraction of oxygen required for a gas explosion showed a negative correlation.Key w ords：goaf; gas explosion danger zone; nitrogen injec tion How rate: nitrogen injection position; negative correlation采空区是煤矿灾害事故的主要源头m。
基于神经网络的采空区自燃预测
中图 分 类 号 ：Ｔ ５ Ｄ６ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ －７ ７ ２ １ ）５０ １ －３ ００ｅ ｕ ｏ ｂ ｔｏ ｅ ｉｔｏ ｓ ｄ ｏ ｂ ｓ ｏ ｔ ｎ ｏ ｓ ｃ ｍ ｕｓｉ ｎ ｐｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｂａ ｅ ｎ
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摘
要 ：针对矿井采空区 自燃情况难 以监测 的状况 ， 提出将遗传算法 与神 经 网络应用 于采空 区 自燃预测
的方法 。该算法利用 遗传算法 的全局搜索能力强 的特点去优化 神经 网络 ， 由神经 网络构 成的推理 系统去
煤矿采空区自然发火多参数监测系统
2 系统工作原理与构成
2． 1 系统基本原理 系统主要由气体指标监测分析单元、温度监测
单元和数据集成与分析单元组成。气体指标监测分 析单元主要依靠煤矿安全监控系统和煤自燃束管监 测系统，充分利用束管监测系统色谱仪分析精度高、 单点监测气体指标多等优势，同时利用煤矿安全监 控系统传感器反映灵敏、实时性好等特点，来弥补束 管监测由于分析周期造成的监测滞后，并通过监测 指标优选、增设测点、优化测点布置等方法来消除或 减少风流对监测结果的影响。对于温度监测单元， 研发采空区无线自组网温度监测系统，以多测点网 络化监测代替单点监测，解决单点测温范围小，温升 异常反映滞后，位置难确定等问题。利用无线通讯 代替有线，解决传统传感器引线易损坏而影响监测 可靠性的问题。数据集成与分析单元则以采空区自 然发火多参数监测软件系统为主体，集成采集无线 自组网温度监测系统、束管监测系统和煤矿安全监 控系统实时监测数据，并通过计算机智能方法分析， 进行煤自燃程度和位置的判断。最终将形成以标志 气体分析法和测温法相结合，基于无线自组网温度 监测系统、束管监测系统和煤矿安全监控系统集成
系统系统，构成可对矿井采空区不同位置指标气体和温度同时实时监测的新型煤矿采空区自然
发火多参数监测系统。重点在监测方法、系统集成、关键单元的设计和监测方案等方面进行了研
究，该系统的研究对于早期发现矿井采空区浮煤自燃隐患，判断自燃危险程度，确定自燃危险区
域提供可靠依据。
关键词： 煤自燃； 采空区； 无线监测； 预报
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2012 年全国煤矿安全学术年会论文集
试验·研究
讯，而安全监控系统监控室如果距离较远，可借助工 业环网平台进行通讯，采用光纤将本火灾预报系统 网络与最近的地面工业环网交换机进行连接，实现 整个系统相关的数据通讯，即可满足各火灾监控系 统的独立工作条件，又能达到在采空区自然发火多 参数监测系统集成功能要求。
数值模拟在采空区防灭火安全中的应用
数值模拟在采空区防灭火安全中的应用摘要：利用FLUENT模拟得到稳态条件下天水金泉矿业公司40112综放采空区水平剖面O2浓度分布规律。
经过数值计算模拟结果表明：O2浓度在采空区进风一侧距离工作面22 m、54 m、88 m、124 m处浓度值达到17.4%，16.3%，12%和5.43%，回风一侧也按照Fick定律降低，由模拟结果对采空区自燃危险区域进行了划分，为防灭火提供了数据依据。
关键词：危险区域划分；数值模拟；采空区流场；自燃为了有效地解决现场采空区遗煤自燃的问题，达到安全采矿，相关的自燃危险预测预报就很重要。
本文基于以前建立的模型以及研究成果进行采空区流场的数值模拟。
得到了采空区的氧浓度的分布规律。
在此之上，得到采空区“三带”的分布，以此预测采空区自燃危险性，为现场防灭火工作做出指导。
1 采空区流场方程1.1 采空区渗流控制方程2 采空区流场数值模拟2.1 采空区三维模型建立使用Gambit三维模型拟建立40112综放采空区的三维模型，模拟区域长度140 m，深度170 m，高度5 m为漏风边界的六面体模型。
采空区底部中心为坐标原点，深入采空区域为Y方向，走向朝回风巷方向为X方向，垂直采空区底部向上为Z方向。
所建模型如图1所示。
2.2 模拟结果及分析可直观的根据氧浓度分布来得知采空区氧浓度的消耗规律，如图2所示。
从水平分布来看，在采空区进风一侧O2浓度大于回风一侧的氧浓度，且浓度呈梯度减小，O2浓度在采空区进风一侧距离工作面22 m、54 m、88 m、124 m 处浓度值达到17.4%，16.3%，12%和5.43%，回风一侧也按照Fick定律降低。
3 采空区自燃危险区域划分将采空区与工作面水平距离相同的所有点的氧浓度最大值，及漏风强度最小值绘出极限边界，图中氧浓度为Cmin，渗流速度为Qmax，然后将漏风强度线和氧浓度限叠加，结合计算值确定40112采空区自燃三带区域。
三带区域划分图如图3所示。
矿井采空区自然发火在线监测系统技术
矿井采空区自然发火在线监测系统技术摘要:火灾作为煤矿“五大灾害”之首，矿井火灾一旦发生，轻则影响矿井正常生产，重则烧毁煤炭资源和物资设备，甚至引发瓦斯、煤尘爆炸等系列灾害的发生，因此，采空区自然发火检测技术显得尤为重要。
本文对于矿井采空区自然发火在线系统监测技术的研究，能够准确掌握采空区的温度和气体浓度，对发火点及时采取抢救措施，将损害降到最低，预防自然发火，意义重大。
关键词:油型气;自然发火;在线监测;色谱分析1工程背景1．1矿井概况某煤矿处于黄陵矿区中深部，属于高瓦斯矿井，主要回采2号煤层，煤层厚2．8～7．2m［11］。
地质勘探过程发现存在天然气或煤层气逸出现象。
矿井覆岩从瓦窑堡组、富县组、延安组到直罗组上、下段的砂岩中均发现有油气，目前矿井采用对角式通风。
2012年经中煤科工集团重庆研究院进行煤层自燃倾向性鉴定某煤矿为Ⅱ类自燃煤层，煤尘具有爆炸危险性。
通过煤样分析，2号的煤自燃分为3个阶段:第1阶段，煤在低温的条件下，氧化过程十分隐蔽，放出的热量少;第2阶段，自热温度升高至70～80℃时，氧化急剧加快，使煤的温度迅速升高至300～500℃，并伴随燃烧现象;第3阶段，当温度到达800～2000℃时，煤出现明火现象，为燃烧期。
因此，在工作面回采过程中对温度实时监测，将煤的自燃抑制在第1阶段，具有重要意义。
1．2传统监测存在的缺陷根据传统的气相色谱式矿井束管监测系统对矿井CO、CO2、CH4、O2、C2H6、C2H2、C2H4、H2、N2等气体浓度监测，属于矿用地面一般性［12－13］。
该系统要求监测技术人员有很强的责任心，且抽气管路长，导致抽气时间长;因采空区的气温较高、大巷温度较低，当气体从采空区达到大巷时，易导致部分水凝结，积存于管路中“低洼”位置，影响监测气体的通过，出现堵塞或截断现象不易发现。
此外，色谱分析仪分析周期长、精度低:色谱分析仪分析一个气样从主泵气流经采样泵最终到达井上分析仪的时间周期大约1h，而多通道的气体采样周期更长;每天监测次数为1～2次，监测的差异性较大;同时监测不具连续性，对分析监测点气体变化规律难以掌握。
近距离煤层综采面采空区自燃“三带”范围的确定
近距离煤层综采面采空区自燃“三带”范围的确定作者：梁峰来源：《科技风》2017年第04期摘要：采空区自燃“三带”划分是矿井防灭火基础工作之一。
根据井工二矿11煤21103工作面实际情况，沿采空区回风巷布置3个测点测定采空区气体成分，依据采空区氧化升温带长度，划分自燃“三带”范围，确定工作面最低推进速度，为防治采空区遗煤自燃提供科学依据，保证工作面安全回采。
关键词：极近距离煤层；采空区；自燃“三带”；确定采煤工作面采空区自燃“三带”（散热带、氧化带、窒息带）的范围是煤矿井下防灭火技术方案设计及制定的重要依据。
目前，井工二矿4#、9#煤层已回采完毕，主采11#煤层，该层煤的厚度2.75～7.47m，平均4.25m，与上覆9#煤层的层间距2.1～10.83m，平均6.6m，为近距离煤层群开采。
11#煤为自燃煤层，自燃倾向Ⅱ级，自燃发火期3～6个月。
11煤开采过程中上下两层采空区将沟通，在采空区漏风作用下极易引起采空区遗煤自燃；9#、11#煤层中间赋存不可采的10#煤，10#煤硫分高，煤层易自燃。
研究11煤综采面采空区“三带”范围，对矿井采取针对性的防灭火措施具有现实指导意义。
1 综采工作面采空区自燃影响因素分析1）煤体自燃危险倾向性。
自燃危险倾向性是煤体的本质属性和天然特征，不同种类的煤体其自燃发火期长短不同，发火期越短，说明该类煤越容易自燃。
2）氧浓度。
氧气浓度很小时，遗煤处于缺氧窒息状态，自燃困难；相反，氧浓度越大越容易为煤体自燃创造条件。
3）漏风强度。
采空区漏风强度较大时，遗煤氧化时释放出的热量将被大量风流带走，煤体温度难以继续升高；若漏风强度太小，采空区氧气浓度随之降低，遗煤同样不具备自燃的客观条件。
4）瓦斯浓度。
采空区遗煤自燃时首先进行气体挥发份燃烧，瓦斯作为可燃气体且与煤体的伴生关系，大量高浓度瓦斯可提高遗煤挥发份的浓度，为遗煤自燃创造条件。
5）工作面推进速度。
工作面不断向前回采，后方顶板垮落形成采空区，采空区内遗煤自燃发火相对时间较长，而加快工作面推进速度，可将采空区遗煤在形成自燃发火条件前甩至难以自燃的窒息带。