综放孤岛工作面采空区自燃与爆炸危险区监测及数值模拟

针对高瓦斯矿井自燃煤层综放孤岛工作面开采时采空区漏风导致的采空区自燃和瓦斯爆炸灾害综合防治的技术难题,以天池煤矿102孤岛工作面为例,进行采空区自燃"三带"及爆炸危险带现场监测及数值模拟研究。监测结果表明,102工作面采空区氧气体积分数随与工作面距离增加而下降,工作面进风侧采空区氧化升温带宽度较大,工作面中部到回风侧采空区氧化升温带宽度逐渐减小。利用COMSOL软件模拟采空区风流速度场、氧气体积分数场、甲烷体积分数场和自燃"三带"分布。数值模拟结果表明,102工作面采空区进风侧切顶线20~70 m范围内氧气体积分数大于8%,风速小于0.004m/s,存在自然发火危险;工作面回风侧采空区没有自燃危险带;工作面进风端头后部采空区的自燃危险带内瓦斯体积分数也处于爆炸范围5%~15%内,此重合部分即为瓦斯爆炸危险区。     

采空区瓦斯涌出源位置对瓦斯浓度及自燃带分布的影响

利用Fluent软件,对采空区瓦斯为采空区整个区域涌出和上、下临近层及底板遗煤处同时涌出两种情况下的流场进行了数值模拟,并分析了采空区瓦斯体积分数及自燃带分布规律。结果表明:当采空区整个区域瓦斯涌出时,采空区瓦斯体积分数由底板到顶板垂直方向上呈逐渐升高的趋势;当上、下临近层及底板遗煤处瓦斯同时涌出时,采空区瓦斯体积分数在靠近底板和顶板位置处较高,中间区域处较低。与采空区整个区域瓦斯涌出相比,当上、下临近层及底板遗煤处瓦斯同时涌出时,在采空区底板处,自燃带更靠近工作面;在采空区底板和顶板中间位置处,自燃带远离工作面;在采空区顶板处,自燃带位置几乎没有变化。     

“U+L”型通风综采面合理挡风帘长度确定

合理长度的挡风帘可以有效减少工作面漏风量,避免瓦斯超限、爆炸等事故发生,保证工作面安全生产。模拟了有无挡风帘时和不同挡风帘长度时“U+L”型通风综采面采空区流场、瓦斯分布及上隅角等地瓦斯情况,验证了数学模型和参数的适用性,分析了挡风帘对采空区压力分布及瓦斯分布的影响,确定了“U+L”型通风综采面合理挡风帘长度。研究表明:挡风帘对采空区压力及瓦斯分布都有重要影响,挡风帘可以使采空区内特别是挡风帘遮挡区域采空区压力下降、瓦斯浓度升高; 随着挡风帘长度的增加,上隅角瓦斯浓度变化不大,采煤机机尾瓦斯浓度逐渐降低,滞后横川瓦斯浓度呈增大趋势;综合分析确定该采面合理挡风帘长度为120 m。     

易自燃大采高工作面采空区注二氧化碳自燃区域分布规律研究

为了防治易自燃大采高工作面自然发火,采取采空区注二氧化碳抑制遗煤氧化自燃。通过数值模拟与束管监测相结合的方法,研究了采空区注二氧化碳前后的自燃区域分布规律。数值模拟结果表明,采空区进风侧自燃带最宽,更容易发生煤自燃,注二氧化碳后自燃区域显著减小。其中,压注口距工作面20 m时,采空区中部和回风侧自燃区域分别减小68 m和65 m;距工作面40 m时,采空区进风侧、中部和回风侧自燃区域分别减小50 m、50 m和61 m;距工作面60 m时,采空区进风侧自燃区域减小82 m。模拟结果和现场观测结果一致,证明了注二氧化碳可显著减小自燃危险性区域。     

采空区热环境对深部倾斜厚煤层自燃区域影响研究*

为探究热场对深部倾斜采空区煤自燃区域划分的影响,通过对采场空隙结构和耗氧速率进行分析,利用Fluent软件模拟不同通风方式下热环境对采空区流场及自燃带影响。结果表明:受倾角工作面、采空区空隙率及地温梯度综合影响,下行冷风与受采空区浮升力作用的热风在工作面中下部汇合并涌向工作面,使工作面局部温度升高;上行通风方式采空区蓄热范围大于下行风,回风侧温度更高;上行通风自燃带进风侧范围25～40 m,回风侧范围21～52 m;下行通风自燃带进风侧范围15～40 m,回风侧范围15～24 m;结合工作面实测参数,上行风回风侧自燃带范围19～47 m,与实际误差较小。研究结果可为倾角采空区热场条件对自燃带划分影响分析提供参考。     

偏Y形通风工作面上隅角瓦斯抽采模拟

为解决保德煤矿81505工作面上隅角瓦斯超限问题,选择联巷埋管抽采瓦斯方式进行治理.使用COMSOL模拟软件建立采场物理模型,研究瓦斯埋管抽采前后采空区和工作面O2、CH4体积分数分布、工作面在推进过程中采空区最高温度与工作面风速的关系,分析采空区瓦斯分布和采空区"三带"的变化.结果表明:随瓦斯抽采流量增加,工作面上隅角瓦斯体积分数降低;抽采位置距工作面距离增加,工作面上隅角的瓦斯体积分数降低.根据保德煤矿81505工作面采空区的最短自然发火期,选择抽采流量为40 m3/min,在距工作面40 m处进行瓦斯抽采,工作面上隅角瓦斯体积分数从0.53％降低到0.17％,氧化带宽度从100 m增加到149 m.最后通过现场实践,工作面上隅角瓦斯体积分数降低到0.16％,采空区氧化带的宽度范围为135～150 m,在降低工作面上隅角瓦斯体积分数的同时降低了采空区发生自燃的危险性.     

急倾斜综放面采空区瓦斯及自燃综合防治数值模拟

针对急倾斜高瓦斯易自燃厚煤层综放面缓慢推进条件下采空区瓦斯事故及火灾的严重性,提出了上隅角浮抽、上顺槽铺设预埋管路采空区抽放、钻场顺层钻孔裂隙带抽放瓦斯的综合防瓦斯措施,但抽采扩大了自燃氧化带,为保证采空区抽放条件下的自然发火控制,采用注氮技术控制缓慢推进工作面的采空区自燃三带范围,通过Fluent模拟分析了工作面风量对采空区火与瓦斯的影响,瓦斯抽放对采空区流场及自燃"三带"分布的影响及注氮效果。结果表明,供风量增大到一定程度,自燃氧化带最大宽度及瓦斯浓度超90%边界距工作面最大距离都会趋于平缓,该拐点为防火防瓦斯的最佳风量,Fluent模拟分析了采取防火防瓦斯措施后流场,验证了综合抽放配合注氮技术解决采空区瓦斯积聚及自然发火危险的有效性。     

炮采放顶煤采空区自然发火的数值模拟应用

针对炮采放顶煤开采采空区容易发生自燃问题，基于漏风渗流方程、气体渗流一扩散-氧消耗方程，建立了采空区自然发火非稳定数值模型，采空区按非均质考虑，耗氧汇按煤矸氧化和瓦斯涌出稀释两方面综合考虑，用有限元数值方法联立求解模型。结合羊草沟矿实例，通过该矿自然发火后来的测试区的现场实测结果，拟合反演得到采空区煤的耗氧速度、瓦斯涌出强度和渗透特征参数，用确定的模型分析了前段出现自然发火的原因；描绘了炮采放顶煤开采时采空区冷却带、自燃带和窒息带等三带的形状，指出冒落压实的不均衡的非均质采空区，自燃点在偏人风一侧。用三带划分理论讨论了工作面参数（风量、推进度、控顶距）同自燃的量化关系，提出了从根本上预防采空区自然发火的途径与方法。     

分段留巷Y型通风采场瓦斯与流场分布三维实测与重构

为掌握分段留巷Y型通风工作面流场及瓦斯浓度在三维空间上的分布规律及采空区高瓦斯浓度区域分布范围,采用现场试验、数值分析和理论分析的方法,分别在检修班和采煤班对工作面、沿空留巷内的流场和瓦斯浓度进行了三维实测,同时借助自主研发的"一种采空区瓦斯浓度区域分布三维实测装置"对靠近留巷侧采空区瓦斯空间分布进行了三维实测和重构。研究结果表明:两进风巷道在靠近工作面煤壁交叉口拐角处风速减小而瓦斯浓度升高,工作面内高瓦斯浓度区域为靠近煤壁上方区域和与沿空留巷交叉口靠近采空区侧,沿空留巷内靠近采空区上角位置瓦斯浓度较高;近留巷侧采空区在距工作面垂直距离35~45 m和距沿空留巷垂直距离25~50 m范围内的采空区上部空间形成瓦斯集聚;工作面采用Y型通风方式时,工作面上隅角瓦斯集聚的问题能够得到很好的解决,但在靠近留巷的采空区内部一定范围内形成高瓦斯浓度区域。     

基于采空区底板应力分布规律划分自燃“三带”的方法与实践*

针对目前采空区自燃三带实测方法的不便性和局限性,为准确合理地划分采空区自燃三带的范围,构建采空区底板应力分布和自燃危险区域的相互关系,提出以采空区底板应力分布规律直接划分采空区自燃三带的方法并结合实例进行实践验证。以实际工作面为背景,通过运用FLAC3D数值模拟、现场埋管实测和理论分析等方法分析采空区底板应力分布演化规律和自燃危险区域分布特征,得到二者之间的定量关系以及空隙率变化规律。结果表明:采空区底板应力场先后经历应力降低区、应力升高区和应力稳定区,根据走向、倾向应力峰值曲线初步判断采空区自燃三带的范围为:散热带0~89 m,氧化升温带89~190 m,窒息带190 m以外;模拟结果与现场实测划分得到的散热带0~86.4 m,氧化升温带86.4~187 m,窒息带187 m以外有较好的一致性,从而验证了该方法的准确性。     

国有煤矿企业“4+4+1”安全自主管理模式的构建与运行

针对国有煤矿企业安全生产形势严峻,现有安全管理模式并未有效遏制的现状,设计并提出"4+4+1"安全自主管理模式,从模式的构建和运行两方面进行研究,为构建煤矿安全生产长效机制提供一种新的思路。该安全自主管理模式的创新之处在于:转变管理观念,变重"管"为重"理";转变管理载体,变"硬件"为"软件";转变管理对象,变管"物"为管"人",有效提高职工的主人翁意识,增强其安全生产的主动性,提高管理的效率和效益。"4+4+1"模式的实质及目标表现为:以四大安全自主管理理念为先导,以"四自一保"为安全自主管理的运行机制,以"矿井保安"是安全自主管理的最高目标,对国有煤矿企业安全生产进行多层次、全方位的管理。     

Z型管道中气体火焰传播规律的实验研究

本文实验研究了丙烷／氧气／空气的当量比气体燃烧火焰通过两个90°弯管形成的“z”型管道的传播规律,通过改变第一个弯管前加速段的长度和改变气体浓度,实验研究了稳定爆轰波,非稳定爆轰波以及爆燃火焰通过“z”型管道的传播规律。利用光电传感器记录弯管前后的火焰传播速度,运用燃烧理论和爆轰波的理论对实验结果做了分析。结果表明:稳定爆轰波通过“z”型管道时传播速度有明显的下降;但“z”型管道对非稳定爆轰波的传播作用受到非稳定爆轰波自身速度的影响;爆燃火焰通过“z”型管道时火焰传播速度的变化呈现不确定性。     

基于“2-4模型”的化工生产事故原因分析

为进一步研究化工生产事故发生的原因,运用“2-4模型”对从安全管理网等网站收集的125起化工生产安全事故进行分析,结果表明对于事故的直接原因方面,作业人员的不安全动作主要表现在违规操作和无证上岗,管理人员的不安全动作主要表现在其工作不认真等方面,不安全物态最主要的是设备年久失修。对于事故的间接原因,主要表现在安全意识不够、安全知识不足、安全习惯不佳3方面。事故的根本原因则主要表现在缺乏安全培训等方面。为制定化工生产事故预防措施提供了依据。     

“四沿”化工企业污水处理系统安全事故状态下负荷缓冲及安全环境(SE)联锁探讨

在对"四沿"(沿江、沿河、沿湖、沿海)化工行业污水处理方法及流程特点总结的基础上,归纳出应对水力和污染物冲击负荷的缓冲方法。为克服缓冲控制能力有限的缺点,提出一种新方法——SE(安全和环境)联锁,以期达到完善管理、提高控制效果的目的,并详细阐述了该方法在管理及技术层面的实施途径。     

“一带一路”沿线自然灾害分布特征研究

“一带一路”是促进各国经济、社会高速发展的跨时代宏伟构想,更是加强国际交流合作的重要契机。“一带一路”战略涉及范围达65个国家,其自然灾害造成的危害和经济损失是强烈和致命的。对“一带一路”所经区域的自然灾害及其分布特征的研究,显示全球范围内自然灾害呈现出逐年上升、以洪涝和地震灾害最为显著的趋势;东亚地区的地震和洪涝灾害,中亚、西亚地区的干旱灾害,中东欧地区的高温及洪涝灾害都显示出地区性的主要灾害影响特征;灾害分布特征的研究对“一带一路”所经地带的自然灾害防御具有重要意义,也对促成“一带一路”经济带的安全展开有着学术性的意义。     

基于行为安全“2-4”模型的受限空间事故分析及预防

为了研究受限空间作业过程的事故特性和致因机理,指导人员有效辨识受限空间作业风险,采取正确的应急救援措施。对2012年1月至2018年12月发生的典型受限空间作业过程事故进行了统计,并根据行为安全“2-4”模型对事故致因进行了分析,改变了传统事故原因的分类方法。将事故致因从一次性行为、习惯性行为、运行行为和指导行为4个方面进行划分,将安全管理体系划分为事故的根本原因。结果表明,受限空间作业事故伤害主要来源于气体中毒或窒息,盲目施救是导致受限空间人员伤亡的主要原因。基于行为安全“2-4”模型,提出从个人行为控制和组织行为控制两个层面的受限空间作业事故防控措施,对有效预防受限空间作业和救援事故,降低事故危害程度有指导意义。     

化学实验室“三废”及其处理方法

通常情况下,当化学实验室在合理应用过程中会产生一定的有毒气体、液体或者是废渣,这些都是化学实验室"三废"的组成部分。如果不对这些"三废"问题进行合理处理,就容易导致环境污染,甚至一些化学实验室中的放射性成分还会给人体带来健康危害,阻碍社会发展。所以,本文主要从化学实验室"三废"问题的处理及从环境保护的角度提出具体解决建议,希望能够规范化学实验室"三废"的管理,合理利用化学试验品,保护我们共同的环境。     

Quantitative assessment in safety reports of the consequences from the detonation of solid explosives

Safety reports are mandatory documents in member states of European Union whenever any threshold limits of amounts of either stored or processed hazardous substances are exceeded. After a short introduction to EU Seveso Directives on major-accident hazards involving dangerous substances and to the transposition and implementation by member states, with a brief comment on last 2012/18/EU Directive (also known as Seveso III directive), the paper focuses on drafting of safety reports for industrial activities involving solid explosives. Specifically, the quantitative assessment of consequences from detonation is tackled respect to the side-on overpressure and the debris production. Both direct and inverse problems are illustrated to determine respectively the overpressure value at a given distance, and the explosive amount that allows respecting the regulations. Their solution is based on either analytic or numerical techniques and being based on recent scientific publications on the matter either evaluates or zeroes nonlinear algebraic equations. The availability of these equations avoids grounding the consequences assessment on diagrams and nomograms that otherwise would lead to interpretation and usage errors besides avoiding the automatic solution of the inverse problem. The paper focuses also on details such as embankment, crater, munitions, rocket propellant, building structure, and wall material that, at different levels, play a role in the assessment of detonation consequences. A discussion on debris formation, the available literature, and the evaluation of the impact probability of fragments on both fixed and moving targets closes the paper.     

重大危险源企业与属地政府“一对一”应急预案编制研究

目前的企业应急预案与政府应急预案缺乏有效的衔接,重大事故发生时企业周边公众因不能及时疏散而造成严重伤亡,“一对一”预案的目标是在科学分析事故风险的基础上充分发挥属地政府在应急救援中的重要作用。对“一对一”应急预案的编制重点进行了分析研究,提出了编制框架和技术要求,并以某厂液氯液氨库房为例,通过事故后果、个人风险的定量计算,结合厂周边边环境情况规划了事故后的疏散范围、当地街道（地区）办事处的疏散工作片区划分及避难路线。“一对一”预案的编制有助于增强重大危险源企业与属地政府的应急联动,减少事故伤亡。     

Validation of the UN test method N.5

Many substances react with water in such a way that flammable gases are formed. For transport issues this reaction may possess a considerable hazard especially if the cargo is wetted by rain or by water from other sources. In the UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods these kinds of problems are addressed. The UN test N.5 “Test method for substances which in contact with water emit flammable gases” corresponds to this hazard. Classification according to the test method is done by measurement of the gas evolution rate of the flammable gas by any suitable procedure. At BAM a gravimetric approach is used to measure the gas evolution rate. In this paper we present the evaluation of the apparatus by means of an absolute calibration routine utilizing a reaction where a known amount of gas is produced as well as the evaluation of important parameters influencing the gas evolution rate using different substances. It can be shown that the apparatus is capable of measuring absolute gas volumes as low as 6 mL with an acceptable error of about 17% as determined from the reaction of Mg with demineralized water.