基于数理统计的采空区自燃特性研究

采用数理统计方法对陈家山煤矿416综放工作面CO体积分数变化的影响因素进行分析.结果表明,CO体积分数的变化与工作面推进度存在一定的相关性,在此基础上得出了CO体积分数与煤炭自然发火期、CO体积分数与采空区3带及其特性的关系.从而提出由CO体积分数与推进度累计量的相关性来计算工作面煤层自然发火期,以及确定采空区3带位置的方法.研究成果对煤矿现场预防自燃火灾具有一定的指导作用.     

立体抽采条件下高瓦斯采空区煤自燃危险性预测

为准确预测高瓦斯采空区煤自燃的状况,通过分析发现高抽巷是监测采空区遗煤自然发火的最有效地点。推算出采空区气体在高抽巷中所占的体积分数,进而确定采空区遗煤不同的燃烧阶段所对应的CO体积分数和CO指数。结果表明:当高抽巷中的CO体积分数Chdr CO<30×10-6或CO指数ICO<0.5%时,采空区的遗煤处于低温氧化阶段;当高抽巷中的CO体积分数Chdr CO≥30×10-6或CO指数ICO≥0.5%时,采空区遗煤进入自然发火危险阶段,此时必须采取措施控制采空区自燃氧化的进一步发展。对80501工作面的采空区煤自燃成功地进行预测预报,实现了安全生产。     

预混燃烧室的NOx与CO排放性能研究

建立了一套预混燃烧装置,进行了不同过量空气系数a、预混段长径比L/D、燃气平均速度v和旋流器旋流数Sn下的燃烧试验,研究了不同燃料-空气预混条件对燃烧尾气中污染物NOx与CO体积分数的影响。结果表明:当过量空气系数a1.1时,NOx与CO体积分数均呈下降趋势;预混长径比L/D在4~8时,增长预混长度可以减少污染物NOx的排放;减小燃气平均速度可以降低NOx体积分数,但CO体积分数略有增加;强旋流(Sn1.56)可以增强预混,降低NOx体积分数,但强旋流下CO体积分数增加迅速。     

工作面火灾CO运移规律及FED模型评价下的疏散参数研究

矿井工作面进风巷火灾对作业人员的逃生影响极大,有毒烟气尤其是CO是造成人员中毒死亡事故的主要原因。以山东某矿3302工作面为例,采用FDS软件研究不同风速下的CO运移规律,通过FED模型确定CO体积分数、人员接触时间综合影响下的安全疏散参数。结果表明:10 MW火灾规模下,工作面进风巷火灾稳定发展阶段,回风巷人眼特征高度处的CO体积分数相等,其表征运移速度与风速呈线性关系;可利用安全疏散时间随CO运移速度和人员逃生速度差值的增大而减小;在临界风速2.0 m/s时,极限可利用安全疏散时间最短。最后提出了合理设定避难硐室区域范围的计算方法,可为工作面火灾时期的人员安全逃生及避难硐室设定提供参考。     

北京及周边地区3个典型站点NO_x和CO的变化特征

为了研究华北平原北部区域不同类型站点光化学前体物的共性与差异,在华北平原北部地区西南-东北主导风向上选取间距大于100km的3个站点,即中国气象局(CMA)、上甸子(SDZ)和固城(GCH)依次代表北京城区、华北本底地区和相对污染的农村地区,进行了近地面NOx和CO观测。结果表明,2008年6月至2009年5月,CMA、SDZ和GCH 3站NOx体积分数的年均值依次为(42.4±21.8)×10-9、(13.8±5.5)×10-9和(26.9±15.2)×10-9,CO体积分数的年均值依次为(1.13±0.37)×10-6、(0.67±0.17)×10-6和(1.11±0.62)×10-6。3站的NOx月均值体积分数及CMA、GCH两站的CO月均值体积分数呈现出冬季高夏季低的特点,而SDZ站的CO 6月均值体积分数(1.03×10-6)为一年中最高。SDZ站的NOx和CO体积分数在中午12时前后出现一个低谷,比CMA和GCH站的提前3~4 h,此后呈上升趋势,体现了午后西南风输送对SDZ站的影响。尽管不同的源排放和大气输送影响导致3站的NOx和CO体积分数在日变化特征上有所差异,但3站的NOx和CO日平均体积分数之间存在极其显著的相关性,体现了区域性污染和气象条件共同影响的特征。     

气相二茂铁抑制池火燃烧的有效性分析

以N2作载气,开展了不同工况气相二茂铁作用于受限空间中酒精燃烧的系列实验.实验过程中借助M-9000燃烧分析仪和质量采集系统对其烟气(如O2、CO)体积分数和酒精质量变化进行在线测量,以此为基础数据分析气相二茂铁抑制酒精燃烧的有效性.通过对不同工况下烟气体积分数、热释速率和火焰高度的分析得出:当载气流量为1.00 m3/h时,气相二茂铁的抑制效果随其饱和蒸气压的升高而增强.其具体表现为酒精燃烧效率、热释速率和火焰高度随气相二茂铁饱和蒸气压的升高而相应降低;O2剩余量随气相二茂铁饱和蒸气压的升高而相应增大,CO最大生成量随气相二茂铁饱和蒸气压的升高而相应下降.     

水喷淋作用下建筑通道烟气蔓延特性模拟研究

采用数值模拟研究在单喷淋作用下建筑通道内烟气的蔓延特性,并对不同喷淋压力条件下烟气质量流量、温度及CO体积分数随时间的变化进行对比,对引起喷淋作用下烟气蔓延速度及烟气成分浓度变化的主要原因进行了分析。结果表明,增加喷淋压力对烟气的降温作用增强,降低了烟气在通道内的蔓延速度;同时,喷淋引起的烟气拥塞增加了流出喷淋覆盖区的烟气的CO体积分数,使得烟气毒性加大。     

某公共娱乐场所火灾CO浓度数值模拟及其消防整改措施的有效性分析

室内火灾中大部分伤亡是由CO中毒引起,进行公共娱乐场所火灾中CO浓度数值模拟、探讨相应的改进措施至关重要.以2005年广东省中山市酒吧"12·25"特大火灾为研究对象,利用FDS 5.0模拟软件对上述酒吧火灾中CO浓度变化情况进行数值模拟分析,同时对各改进措施的改善程度进行比较.结果表明,酒吧内部所用装修材料不合格使火灾时CO体积分数超标是造成人员大量伤亡的主要原因;依据各改进措施的比较.改用不燃物作为顶棚材料是最有效的方案,在酒吧内设置自动水喷淋系统也能对火灾起到较好抑制作用.     

充填浆液的产气测试及对CO传感器监测的影响

针对采空区充填浆液因发生物化反应后产生干扰气体,引起矿用电化学CO传感器误报警的问题,基于浆液的氧化周期、产气特性、反应后成分的X射线衍射(XRD)及充填产生气体对矿用电化学CO传感器的交叉干扰等测试,研究煤矸石、粉煤灰、普通硅酸盐水泥和矿井水以65.5∶4.5∶10∶20比例配置成的充填浆液的产气特性,探究充填产生气体对矿用电化学CO传感器的影响特征。结果表明：采空区充填浆液在物化反应过程中会消耗O₂和CO₂,且会产生H₂、CO和CH₄;其中O₂和CO的体积分数变化与煤矸石氧化有关,CH₄的体积分数变化与煤矸石中甲烷解吸有关,CaO和CO₂的反应会导致CO₂体积分数的降低,粉煤灰中的铝粉在碱性环境中反应会产生H₂,且H₂是造成矿用电化学CO传感器误报警的主要因素,并对矿用电化学CO传感器检测结果呈正交叉干扰。     

煤自燃特性影响因素的试验研究

影响煤炭自燃的因素较多,重点从煤的粒径、供氧浓度及供风量3个方面进行分析探讨,选取变质程度为中等的焦煤煤样为试验对象,利用矿井煤炭自燃测试装置,分别改变粒径、氧气体积分数和风量,研究其对煤炭自燃过程的影响,得出参数改变后煤炭与氧气反应生成气体的变化规律,并进一步分析气体变化的原因,从而有针对性地提出安全对策及措施。结果表明:当粒径大小为0.18~0.38 mm时,煤与氧气反应所生成的CO、CO_2的体积分数最大;当氧气的体积分数为8.20%时,所生成的CO、CO_2的体积分数明显比氧气体积分数为11.80%的小;而空气流量为100 m L/min时,气体产物的生成量最大。     

工作面动态推进下采空区煤自燃分布特征模拟

为了研究动态推进过程中工作面推进距离对采空区煤自燃分布特征的影响,采取及时有效的煤自燃防治措施,以13210综放面为工程背景,基于采空区渗透率分布公式和传热传质控制方程,建立采空区煤自燃数值解算模型。利用COMSOL软件模拟了工作面不同推进距离下以流速和氧体积分数为划分指标的采空区氧化带范围和高温区域的变化规律,分析了高温区域与氧化带的叠加效应。通过现场实测与模拟结果比对,验证了模拟的准确性。研究结果表明:采空区渗透率随着工作面推进距离的增加而不断变化,近工作面端渗透率变化不大,而中深部采空区的渗透率不断减小;采空区氧化带分布随工作面推进距离的增加呈现阶段性变化特征,推进初期氧化带范围不断变化,推进后期氧化带范围趋于稳定;采空区氧化带分布与高温区域重叠深度随工作面推进不断增加,最终稳定于工作面后方60~70 m范围内。     

Sources of underground CO: Crushing and ambient temperature oxidation of coal

As a harmful gas in underground coal mine, CO seriously threatened the safety of miners. Currently, the spontaneous combustion of residual coal in goaf is generally considered as the main source of underground CO. CO gas is also widely used as an indicator gas in fire prediction in mines. However, high concentrations of CO are also detected in some mines without spontaneous combustion of coal. Therefore, in the paper, with four ranks of coal, we studied other two potential CO sources: crushing and oxidation at ambient temperature. The more completely crushed coal produces more CO. The concentration of generated CO is inversely proportional to moisture content in coal. Therefore, the addition of water can inhibit the generation process of CO during the crushing process of coal. Lignite with low metamorphic grade can be oxidized to produce CO at ambient temperature (25 °C), and anthracite with high coal rank can be only oxidized to produce CO at 60 °C. Infrared spectra indicated that the coal with rich aliphatic hydrocarbons and oxygen-containing functional groups are more susceptible to oxidation at room temperature. Moreover, the smaller particle size of coal is more beneficial to the oxidation at ambient temperature to generate CO. CO generation during coal oxidation is also closely related to the ventilation rate.     

布尔台矿回采工作面瓦斯涌出主控因素及治理措施

为了探究布尔台煤矿回采工作面瓦斯涌出主控因素及其治理措施，以42201回采工作面为例，采用单元法现场实测了工作面瓦斯涌出情况，并分析了其受开采强度、风量、煤层瓦斯含量、工作面来压变化、气候条件等相关参数的影响规律。研究结果表明:布尔台煤矿42201回采工作面的主要瓦斯涌出来源为煤壁和落煤瓦斯涌出；矿山压力显现和来压时，工作面绝对瓦斯涌出量有较为明显的异常变化；开采强度的变化趋势和上隅角瓦斯浓度异常变化的趋势是一致的；对比发现，地面大气压力对工作面瓦斯涌出的影响程度远小于开采强度。针对布尔台煤矿的特点，提出了“顶板定向长钻孔分段水力压裂强制放顶和联巷插管或煤柱大直径钻孔桥接采空区的瓦斯抽采相结合”的瓦斯治理措施。现场应用发现:42201工作面最高来压强度由59.1 MPa降低至48.0 MPa，上隅角瓦斯抽采量为2.70~3.79 m3/min，平均为3.25 m3/min，占总的瓦斯涌出量的比例为62.65%~69.16%。     

“U+I”型采煤工作面瓦斯抽采与浮煤自燃耦合研究

为了研究“U+I”型工作面进风量和顶板巷抽采负压对工作面瓦斯浓度与采空区氧化带宽度的影响,协调瓦斯抽采和浮煤自燃之间的关系。以2306综放面为工程背景,基于“U”型冒落岩层孔隙率分布公式和流体通用控制方程建立采空区数值模拟解算模型。采用CFD软件对不同进风量、不同抽采负压下的工作面瓦斯浓度和采空区氧化带宽度进行模拟,结果表明:随着工作面风量的增加,工作面和顶板巷瓦斯浓度减小,但工作面处浓度减幅逐渐变小而顶板巷浓度减幅几乎不变;提高顶板巷抽采负压,对减少工作面瓦斯浓度效果明显,顶板巷自身瓦斯浓度先增加再减小,采空区进风侧氧化带宽度变窄,回风侧和采空区中部氧化带宽度增加,总体上增加了采空区浮煤自燃的危险性但影响程度有限。     

基于不同漏风源浅埋煤层采空区自燃“三带”分布规律研究*

为解决浅埋自燃煤层采空区因地表及工作面漏风而自燃的难题,以沙坪煤矿1818工作面为例,利用SF6示踪法检测采空区地表漏风通道和风速,利用FLUENT数值模拟分析不同漏风源采空区自燃“三带”分布的特征,并通过现场束管测试结果对比分析浅埋煤层采空区地表漏风对自燃“三带”分布的影响,同时限定工作面最小推进速度,确保工作面的安全生产。研究结果表明:地表漏风风速为0.06～0.30 m/s,漏风通道多且复杂;相比于工作面单一漏风源,有地表漏风存在时,自燃危险性加大;限定工作面最小推进速度为1.24 m/d。因此,多漏风源煤层开采条件下自燃“三带”分布的确定对浅埋藏自燃煤层采空区遗煤自燃预测预报及预防工作具有重要的指导和借鉴意义。     

顶板走向高位钻孔瓦斯抽采技术的研究及应用

为了解决由于采空区及邻近煤层瓦斯的涌人而造成的工作面上隅角瓦斯超限问题,提出了运用顶板走向高位钻孔瓦斯抽采技术,对采空区及邻近煤层瓦斯进行抽采,进而解决上隅角瓦斯超限问题的方法。利用分源预测法对工作面瓦斯涌出源进行了分析,并理论计算了采空区冒落带和裂隙带的高度范围,结合矿井具体情况,确定了合理的高位钻孔参数,并对作用效果进行了现场考察。研究表明：高位钻孔瓦斯抽采技术,能有效地解决工作面上隅角瓦斯超限问题,降低回风流中瓦斯体积分数,并提高了工作面的推进速度,有效地保证了工作面的安全回采。     

烟气注入采空区封存的可行性与安全性分析

采用自制的煤大样量吸附实验装置测定了常温常压条件下煤对每种烟道气体成分 的饱和吸附量,并根据电厂烟气流量与工作面配风量的计算对井下注入烟气的安全性进 行了分析。实验数据结果显示,煤是一种多孔性物质,将电厂烟气注入井下采空区,每 吨煤可封存烟气中CO2约1.2 m3, N2约0.26 m3,其中烟气中SO2和NO2可全部被煤样封 存,揭示了利用烟气替代传统N2及CO2预防煤炭自燃的可行性;根据对电厂烟气流量及 回采工作面配风量的计算发现,在假定注入采空区的烟气与煤、岩没有任何吸附的情况 下,按照规定流量注入烟气未造成工作面回风巷中CO2、SO2气体浓度超标,NO2则超出 规定允许最高浓度,因此应对注入井下的烟气进行进一步脱硝处理。     

高瓦斯易自燃工作面高抽巷瓦斯抽采与采空区遗煤自燃相互影响研究

为了实现瓦斯与煤自燃两大灾害的联合防治,首先对布置高抽巷条件下瓦斯与遗煤自燃多因素相互影响关系进行了理论分析和归纳总结。结合淮南潘二煤矿11223高瓦斯易自燃工作面,建立了带有高抽巷的物理模型,利用UDF编译了本煤层与邻近层瓦斯涌出源项、采空区三维孔隙率和低温条件下煤氧化反应氧气消耗速率。在此基础上,分析了高抽巷布置参数和抽采参数以及工作面风量对高抽巷瓦斯抽采效果和采空区自燃带分布相互影响的规律。结果表明,当工作面风量为2 000 m3/min,高抽巷布置在顶板上方40 m时,高抽巷瓦斯抽采浓度和纯量分别达32.3%和29.07 m3/min,占总瓦斯涌出量的69.71%,同时能满足实际防火的要求。研究结果可为类似条件下高抽巷最佳施工与抽采参数提供借鉴。     

高瓦斯沿空留巷采空区自燃危险区域数值模拟

为了掌握高瓦斯沿空留巷采空区遗煤自燃危险区域分布规律,指导工作面防灭火工作。采用数值模拟的方法,以首次采用沿空留巷技术的乌兰矿工作面为实例,模拟分析采空区漏风及氧化带三维分布规律。使用单因素分析法,分别模拟高位钻孔、上隅角埋管及地面钻孔抽采对采空区氧气浓度分布的影响。结果表明:多种瓦斯抽采措施下,工作面及沿空留巷均向采空区漏风,导致氧化带范围扩大,但不同抽采措施导致氧化带扩大的程度不同,高位钻孔抽采最弱,上隅角瓦斯抽采次之,地面钻孔抽采最强。沿空留巷附近及上覆采空区供氧时间长,自然发火危险性高。