巷道及“U”工作面上隅角瓦斯运移、积聚及处理措施分析

分析了瓦斯在正常井巷风流中的主要运移扩散方式 ;论述了煤层巷道及工作面上隅角瓦斯运移过程及其局部区域和上隅角形成瓦斯积聚的原因 ;针对当前采用的治理局部瓦斯积聚的几项措施 ,进行了详细的讨论 ;结合白集煤矿实际情况 ,对目前采用的瓦斯治理措施进行了分析。     

基于变压吸附原理的上隅角低浓度瓦斯处理技术研究

针对煤矿瓦斯气体容易在上隅角位置积聚,造成煤矿安全隐患这一难题,提出并设计了用变压吸附方法（PSA）分离瓦斯,降低上隅角瓦斯浓度的试验方案。依据相似原理及东庞煤矿实际工作面相关参数制作了U型通风系统采煤工作面及采空区模型。采用抽出式通风,向巷道混入甲烷气体,进行了相关的模拟实验。吸附设备正常工作时,上隅角位置的甲烷浓度能由1．1％～1．2％降低到0．7％-0．8％左右,该方法在解决上隅角甲烷积聚问题上能够起到积极作用。     

脉冲通风法治理“U”型工作面上隅角瓦斯积聚的理论及技术探讨

针对生产现场出现的“U”型采煤工作面上隅角瓦斯积聚问题 ,科学地分析了其形成的原因及目前解决上隅角瓦斯积聚的常用方法 ,提出了旋转脉冲法解决此问题的新途径 ,并进行了详细的理论分析。通过现场实验 ,验证了用旋转脉冲法解决上隅角瓦斯积聚是有效的、可行的。     

极近距离煤层大采高工作面上隅角瓦斯治理

为了解决三交河煤矿2-512大采高工作面上隅角瓦斯经常超限的难题,运用理论和现场实践进行了分析,分析得出工作面上隅角瓦斯超限的主要原因有:①上隅角是风流汇合处;②顶板跨落;③2#下煤层瓦斯涌入采空区;④地质构造.针对上隅角瓦斯超限问题,提出了高位钻孔抽放裂隙带瓦斯和低位钻孔抽放采空区和冒落带瓦斯的防治措施.现场实践表明,在实施上述措施之后,2-512工作面回风流中瓦斯浓度控制在0.02％ ～0.06％,上隅瓦斯浓度由原来的0.8％～3.0％下降到0.8％以下,有效地解决了上隅角瓦斯超限问题,保证了矿井的安全高效生产.     

U型工作面上隅角埋管瓦斯抽采数值模拟研究

传统的U型通风工作面上隅角瓦斯积聚现象经常出现,严重制约着矿井正常生产能力的有效发挥,对矿井安全生产造成重大威胁。基于前人对采空区非均质多孔介质气体运移理论的研究,采用Fluent软件数值模拟研究了U型和上隅角埋管条件下U型通风系统的静压力场和瓦斯浓度场。研究结果表明：在相同的模型参数条件下,U型通风容易造成上隅角瓦斯积聚,上隅角瓦斯超限问题十分严重;采空区5m处埋管,治理上隅角瓦斯积聚的效果欠佳,达不到安全开采的条件;15m处埋管可以较好的解决上隅角瓦斯超限问题,工作面没有出现瓦斯积聚现象,工作面和回风巷的瓦斯浓度始终处于1％以下;25m处埋管的效果与15m基本相同,没有表现出更好的瓦斯治理效果。综合数值模拟的结果,确定了上隅角埋管抽放采空区瓦斯的理想抽放位置为距离地板垂高1．2m、沿走向深入采空区15m处。     

风量调节方式对室内污染物浓度的影响分析

针对不同室外空气质量条件,利用MATLAB/Simulink分别对新回风比例不变、新风量不变改变回风量、回风量不变改变新风量的变风量空调系统室内PM_(2.5)质量浓度和CO2体积分数进行了模拟分析。模拟结果表明:对于新回风比例不变的系统,室内PM_(2.5)稳定质量浓度与室外PM_(2.5)质量浓度有关,而与回风量和额定回风量的比值R1无关;但室内PM_(2.5)质量浓度下降速度与R1有关。对于新风量不变改变回风量的系统,室内PM_(2.5)质量浓度主要受回风量影响。对于回风量不变改变新风量的系统,室外PM_(2.5)质量浓度和新风量是影响室内PM_(2.5)质量浓度的主要因素。     

小断面锚网支护工作面上下隅角安全问题的探讨

利用事故树对小断面锚网支护方式下，上下隅角的安全问题进行了分析，求出了最小割集和基本事件的结构重要度，提出了防止事故的方案，并在现场应用中取得了良好的效果。     

综放工作面顶板随采式专用排瓦斯巷布置研究

确定合理的专用排瓦斯巷参数是确保能否高效治理综放工作面瓦斯积聚及上隅角瓦斯超限现象的关键。结合五阳煤矿7605工作面的实际情况,采用瓦斯运移规律、矿压理论、矿井通风等理论及FLAC3D数值模拟软件,对专用排瓦斯巷的合理层位、距离回风巷的水平距离、巷道断面面积等参数进行了研究。结果表明,专用排瓦斯巷适合布置在岩层垮落带的中下部,距离回风巷的水平距离受巷道等效半径影响,巷道断面面积由通风能力和掘进工程量决定,7605工作面专用排瓦斯巷的3个参数分别为距煤层顶板2.65~6.75 m、距离回风巷水平距离约15 m、巷道断面面积7 m~2。现场应用表明,工作面回采期间瓦斯体积分数维持在0.3%左右,上隅角瓦斯体积分数未发生超限,瓦排巷与工作面连通顺畅,瓦斯治理效果显著。     

小断面锚网支护工作面上下隅角安全问题的探讨

利用事故树对小断面锚网支护方式下,上下隅角的安全问题进行了分析,求出了最小割集和基本事件的结构重要度,提出了防止事故的方案,并在现场应用中取得了良好的效果。     

初始瓦斯浓度对爆炸温度影响实验研究*

为探索瓦斯爆炸过程中温度变化规律,基于球形爆炸实验,研究不同初始瓦斯浓度条件下爆炸温度及爆炸温度与爆炸压力之间的相互作用关系。结果表明:随初始瓦斯浓度升高,在6.5%(低浓度)、9.5%(当量浓度)、12%(高浓度)时出现爆炸温度极大值,分别为995,932,1 153 K;爆炸过程中温度延迟时间及升温时间与初始瓦斯浓度曲线均呈U型变化,当初始瓦斯浓度约为9.5%(当量浓度)时,温度延迟时间及升温时间变化较小;当初始瓦斯浓度在爆炸上限浓度（16%）和下限浓度（5%）附近时,受瓦斯浓度影响变化较大;初始瓦斯浓度在9.5%时,瓦斯爆炸过程中的压力波促进火焰燃烧波的反向传播,出现二次升温现象。研究结果可为完善瓦斯爆炸温度变化机理、提高灾害防控技术提供依据。     

瓦斯浓度对爆炸波振荡特征的影响研究

为研究瓦斯浓度对封闭型管道内爆炸波振荡特征的影响,用数值模拟方法分析超压波形振荡特征、超压沿管道的变化和浓度对振荡周期的影响。研究结果表明:随着瓦斯体积分数的增加,超压峰值和振幅先增大后减小,体积分数在9.5%时,具有最高的爆炸超压和最强的振荡特性。瓦斯体积分数在接近爆炸上下限时均出现多重爆炸波的振荡叠加现象,爆炸超压最大值既能发生在反射端,也能发生在爆炸波的对冲叠加点。随着瓦斯体积分数的增加,振荡周期先变短后变长,在体积分数为9.5%时具有最短的周期;振荡周期可以用拟合得到的关于浓度的多项式来计算。     

综放面风量调节范围与安全评价的数值模拟分析

结合实际算例 ,用迎风有限元方法 ,从理论上得出了采空区瓦斯绝对涌出量与工作面风量呈指数关系 ,采空区氧化带宽度与工作面风量呈负指数关系。按排放瓦斯要求和工作面生产的供风要求 ,确定风量下限 ,从防止采空区自然发火的角度 ,确定风量的上限 ,由此 ,得出合理的风量范围。引入了范围极差的概念 ,当风量极差越大 ,安全情况越好 ,反之 ,采空区的自然发火与瓦斯涌出二者是不可调和的 ,必须采取防治措施来提高风量极差值。     

瓦斯浓度对爆炸传播影响的数值模拟研究

以DN700mm管道为原型,应用连续相计算方法对不同浓度瓦斯爆炸火焰、压力波传播进行数值模拟.从中可以看出,爆源附近火焰传播速度较小,上升到某一峰值后又衰减;瓦斯浓度对火焰传播速度有比较大的影响;爆源点的最大压力值并不是整个过程的最大值;瓦斯浓度对爆炸压力峰值影响较大.     

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。     

高瓦斯工作面隅角柔性气囊安全封堵研究

为解决高瓦斯工作面隅角封堵工人劳动强度大、效率低,封堵效果不佳易造成隅角瓦斯浓度超限等安全问题,研发设计了矿用阻燃内外胆组合结构的轻型柔性隅角封堵气囊,并相应提出了单体液压支柱配合轻型柔性气囊的隅角封堵新方法。通过实验室测试实验和现场工业性试验表明:选用PVC材料和双抗涂覆布材料的气囊质量小、轻便实用,大幅降低了工人的劳动强度,提高了工作效率,减小了传统封堵方式编织袋装碎煤造成的遗煤浪费;该气囊可适应大变形(变形率可达42.5%)、耐冲击(2×104J的冲击能量不破坏),抗撕扯能力强,且具有阻燃特性,重复使用率高,大大节约了隅角封堵的成本;使用气囊封堵后,采空区内瓦斯浓度显著增大,说明气囊封堵的密闭性增加,安全封堵效果十分明显。     

"三软"特厚煤层高沼综放面瓦斯综合治理

通过对超化煤矿13011和21051两个了开采条件相似的综放丽瓦斯治理情况比较分析，得出瓦斯抽放是“三软”特厚煤层高沼综放工作而瓦斯综合治理的有效途径。     

基于CNN-GRU的瓦斯浓度预测模型及应用*

为解决传统瓦斯浓度预测方法预测精度低和适用性不强等问题,提出运用卷积神经网络（CNN）提取瓦斯浓度时间序列的变化趋势及局部关联特征,应用门自适应矩估计（Adam）优化的控循环单元神经网络（GRU）,在关联特征基础上进行时序性预测的组合方法,并以铜川玉华煤矿监测数据为样本,对比CNN-GRU组合模型、传统机器学习模型LSTM和GRU模型的预测效果。研究结果表明:CNN-GRU模型的预测精度和收敛速度均优于LSTM和GRU模型;CNN-GRU平均绝对误差和均方根误差分别可降低至0.042,0.006,运行效率分别提高59.15%,35.04%,研究结果可为矿井瓦斯灾害防治提供依据。     

大气压力变化对工作面瓦斯涌出的影响研究

为降低大气压变化造成矿井发生安全事故的可能性,将地面大气压变化数据与某矿工作面瓦斯浓度变化数据进行分析,研究地面大气压的变化规律与传播规律及其对矿井气压的影响,分析大气压变化对工作面瓦斯涌出的作用影响。结果表明：该地区海拔高度每增高1m气压降低大约10 Pa,大气压力发生变化会传递到井下空间,其传递方式与声波相同,且井下压力的变化滞后于大气压力。大气压力的下降速度越快则工作面瓦斯浓度的增加速度也越快,与大气压力下降的具体值关系不大。研究结果可为瓦斯异常涌出预警及相关治理措施的制订提供参考依据。     

采空区瓦斯涌出源位置对瓦斯分布影响的数值模拟

根据多孔介质渗流理论,利用Fluent软件,分别对采空区瓦斯在整个采空区均匀涌出、上邻近层及底板遗煤涌出2种情况下采空区瓦斯分布规律进行了数值模拟.结果表明:采空区瓦斯为上邻近层及底板遗煤处涌出时,沿走向方向,靠近上邻近层及底板处高体积分数瓦斯距离工作面较近;沿竖直方向,瓦斯体积分数分布呈钩状,靠近瓦斯涌出源处瓦斯体积分数最高;整个采空区均匀涌出时采空区瓦斯体积分数分布与上邻近层及底板遗煤涌出时有很大差别.因此,为了得到更符合实际情况的瓦斯分布规律,数值模拟时应按照现场实际的瓦斯涌出源位置建立模型.     

抑爆粉剂浓度及粒度对瓦斯爆炸抑制效果的影响

抑爆粉剂的参数指标是影响隔抑爆装置抑制瓦斯爆炸效果的重要因素之一。通过20 L球形爆炸特性实验装置对多种不同抑爆粉剂浓度及粒度条件下的瓦斯爆炸特性参数进行了测试。研究表明:随着抑爆剂浓度的逐渐增加,瓦斯爆炸最大压力降低,最大压力上升速率降低,压力到达峰值时间延迟;在20 L密闭环境,粉剂粒度＜15 μm的条件下,当抑爆粉剂浓度增加到225 g/m3时,瓦斯混合气体被完全惰化,失去爆炸性;在15~80 μm抑爆粉剂粒度范围内,随着粒度的减小,抑爆性能先减弱后增强,在抑爆粉剂浓度为200 g/m3时,15 μm 与70~80 μm粉剂粒度最大爆炸压力分别下降了19.8%,17.8%,而40~50 μm粒度爆炸压力下降了6.4%。