呼吸效应对矿井封闭火区氧浓度的影响分析

为避免因火区封闭导致重大安全事故发生,通过采集某矿井1 d内3个不同监测点的大气压力变化情况,建立大气压力波动模型并分析计算,同时建立火区内外压差100,750 Pa情形下的氧浓度模型进而获得火区内侧氧气浓度因呼吸效应,在不同压差、体积大小火区、风阻、瓦斯涌出量、封闭时刻等多因素耦合影响下随时间的变化规律,以评估火区危险性。研究结果表明:井下大气随地面大气周期波动,封闭火区内、外侧之间的气压差因外界大气波动呈现16 h的余弦波动和8 h的线性波动周期变化;密闭质量好的火区具有更好地抗干扰性,内侧氧浓度的降低主要依靠瓦斯稀释;密闭质量差的火区,内侧氧浓度易受到火区涌出瓦斯、外界涌入大气双重影响;火区氧浓度在2%~12%之间波动,以至火区存在发生瓦斯爆炸的可能性;火区内外压差较大时,氧浓度波动变化幅度更大,危险作用持续时间更长。结合火区氧浓度波动模型,可有效地对矿井火区采取安全的防范措施,避免瓦斯爆炸事故发生。     

不同工况下泄爆门快速封闭泄爆特性试验研究

为研究泄爆门对瓦斯爆炸特征参数的影响,并验证其泄爆效果和快速封闭性能,自制大尺寸瓦斯爆炸管道试验系统,在瓦斯体积分数为5.5%、7.5%、9.5%和11.5%的工况下进行爆炸试验,通过数据采集系统收集瓦斯爆炸特性参数,分析其变化特征和泄爆效果。结果表明:4种工况下,爆炸压力波压力峰值分别衰减了42.25%、50.54%、53.27%和52.88%;随着瓦斯体积分数的增大,爆炸压力峰值以二次函数关系衰减,平均封闭火区14 h,说明泄爆门具有显著泄爆特性和快速封闭火区的作用;温度变化特征基本一致,无论瓦斯体积分数如何变化,泄爆门对瓦斯爆炸火焰没有抑制作用; 4种工况下火焰传播速度最大平均值分别为103.56、105.73、136.67和138.34 m/s。     

煤矿水平巷道火区瓦斯爆炸易爆区域判定研究

为解决高瓦斯易自燃煤层火区封闭与启封时常发生瓦斯爆炸的问题,通过试验分析得出瓦斯爆炸界限影响因素,并采用COMSOL数值软件研究水平巷道火区气体分布规律,从中提取温度场与浓度场数据。根据试验数据,判定火区易爆点及易爆区域。结果表明:瓦斯爆炸界限随着温度的升高及CO的混入均扩大;注入N2与CO2后,失爆氧体积分数分别为13.4%和15.8%;火区封闭初期未形成易爆区域,随着火区封闭的进行,易爆点逐渐向爆炸三角形移动,当封闭至入口,风速为0.1 m/s时,易爆点移至三角形内部,火区形成易爆区域,其位于火源上风侧距火源点10.45 m处;温度对瓦斯爆炸界限影响较CO浓度影响大。     

矿井反风时期网域系统瓦斯运移仿真

为了解矿井反风时期矿井系统网域中瓦斯运移及其体积分数分布的变动,以九里山矿井为实例,运用TF1M3D进行仿真分析。根据反风时采空区瓦斯分布换向变化和涌出处在最低值期的特征,指出反风后系统瓦斯涌出源主要来自采煤工作面。模拟得到反风时期工作面瓦斯体积分数的变化规律是,在实施全矿反风后,工作面回风道的瓦斯重新回流至工作面,与工作面内涌出的瓦斯重复叠加形成体积分数高峰瓦斯风流,致使反风后原来进风巷中回风流瓦斯体积分数增高;反风刚开始时瓦斯体积分数陡增,待峰值过后,瓦斯体积分数逐渐呈阶梯式降低。模拟结果反映出反风时采煤工作面中回流瓦斯与涌出瓦斯形成二次叠加的存在性,而所产生的瓦斯体积分数高峰值与矿井回风网络系统的结构有关。高峰瓦斯风流影响矿井反风过程的安全性,因此不但应连续检测工作面的瓦斯体积分数变化,更应提前做好应对措施和技术预案。     

基于灰色-物元模型的煤矿瓦斯爆炸风险评估

为了明确风险因素间的作用路径并提出科学可行的瓦斯爆炸灾害风险评估方法,首先基于3类危险源理论梳理分析以往典型瓦斯爆炸案例,识别并提取14个影响因素;然后通过集成灰色系统理论和物元可拓模型,构建灰色-物元评估模型;最后以山西省某煤矿的实际调研数据为例,计算各影响因素的权重和关联函数,梳理风险因素致灾的逻辑关系,得出该矿井2个具体工作面的瓦斯爆炸风险等级。研究表明:1号工作面中的平均瓦斯涌出量、煤尘爆炸指数、采掘机械化水平与2号工作面中的瓦斯体积分数均处于较不安全级别,2个工作面的综合风险等级分别为一般安全与较安全级别。     

高海拔矿井掘进巷道瓦斯爆炸火焰传播规律数值模拟*

为研究高海拔矿井瓦斯爆炸火焰传播规律,运用数值模拟方法,建立矿井掘进巷道瓦斯气体爆炸数学及物理模型,并对海拔高度为0,1 000,2 000,3 000,4 000 m时的爆炸火焰传播速度、温度和冲击波压力进行研究。结果表明:瓦斯浓度和聚集体积量一定的掘进巷道发生瓦斯爆炸时,随着海拔高度的升高,火焰传播速度增大,且海拔每升高1 000 m,瓦斯气体聚集区和非聚集区的平均火焰传播速度分别增大4.7%和1.9%,掘进巷道内同一位置受到的瓦斯爆炸火焰最高冲击波压力随着海拔高度增加而显著降低,且呈二次函数关系,达到最大冲击波压力和最高火焰温度的时间缩短,最高爆炸火焰温度受海拔高度的影响较小。     

矿井火区可燃性混合气体爆炸三角形判断法及其爆炸危险性分析

矿井火区可燃性混合气体爆炸危险性的判断 ,目前常用单纯的瓦斯爆炸三角形判别法。此法对实际的判断往往未综合考虑火区温度的影响。为此 ,笔者论述了矿井火区多种可燃性气体同时存在时 ,其混合气体爆炸三角形各参数的工程计算方法 :爆炸界限可用 Le Chatelier法 ,但需根据火区实测温度进行修正 ;爆炸时的临界氧浓度 ,则需用另一种三角形图示法予以确定。由此画出的混合气体爆炸三角形分析图 ,可用于矿井火区 ,尤其是矿井大面积火区的密闭和启封过程中 ,作为可燃性混合气体爆炸危险性的综合判断及其防爆措施的制定 ,都具有实用价值和指导意义     

煤矿火区快速封闭泄爆门研究

目前煤矿发生火灾事故后,火区封闭时间过长极易引发瓦斯爆炸等次生灾害,且煤矿现有的阻隔爆技术存在许多 不足,针对这些问题,研发一种用于煤矿火区的快速封闭泄爆门。通过对泄爆门的结构设计、封闭与泄爆机制及有益效 果等方面进行阐述,并采用流体力学FLUENT软件计算得出不同数量泄爆窗的泄爆门与监控泄爆门前截面的压力、速度之 间的变化情况。结果表明:6个泄爆窗比2个泄爆窗的封闭时间快1 200 ms,快速封闭时间节省了68.57%。随着泄爆窗的 增多,瓦斯爆炸冲击波压力和传播速度都大幅度降低。当煤矿发生火灾事故封闭火区时,快速封闭泄爆门不仅具有快速 密闭功能,也同时具有泄爆功能,为煤矿安全提供新的隔爆技术。     

井下灾区远距离自动封闭装置

灾区火区封闭一直是矿山救援工作的老大难问题。全国因建造密闭墙封闭通风孔发生瓦斯爆炸而造成的救护队人员伤亡事故,高居救护队人员自身伤亡事故案例首位。井下灾区远距离自动封闭装置的研发成功,实现了井下灾区火区远距离同时、自动封闭,为安全救援创造了条件。     

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。     

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.     

矿井火区启封安全性分析及判别准则

矿井火区启封时火区状态判断失误会导致火区复燃或火区内瓦斯爆炸。为此,本文在分析矿井火区启封的安全性的基础上,从气体信息采集和火区燃烧状态的判断技术两方面,提出了相关准则。气体信息采集准则含气样代表火区状态真实性、提高气样代表火区大气状态的真实性、正确的气样采集方法十六项内容,主要论及钻孔取样、孔内测压、火区气体采样地点、倾斜巷道密闭取样、取样地点对气样准确度的影响、气样采集时间、采集钻孔封堵、混合气样分段采集方法、取样时间间隔、气样分析方式等。火区燃烧状态的判断技术准则含十二项内容,主要论及不同火区气体浓度条件和环境条件下正确判断火区燃烧状态技术。准则可为矿井火区治理中正确分析判断火区状态和启封条件提供参考。     

低含量超强开采工作面瓦斯异常涌出防治技术

为解决低瓦斯含量煤层在超高强度开采工艺下,U型通风回采面割煤期间瓦斯涌出量突增、采空区持续高瓦斯涌出以及上隅角瓦斯频繁超限等问题,在确认瓦斯异常涌出原因基础上,以塔山煤矿为例,研究煤层注水抑制落煤瓦斯涌出和专用巷分期排抽采空区瓦斯联合防治技术。结果表明,煤层注水消除了割煤期间瓦斯突增现象——回风流中最大瓦斯体积分数仅0.58%;在开采初期瓦斯专用巷自然引排使回采面形成U+I型通风方式,分担风排瓦斯量约30 m~3/min,在开采中、后期的密闭负压抽采,瓦斯排放量提升至40 m~3/min。采用该技术,已将回采期间的工作面瓦斯体积分数有效控制在0.6%以下,实现安全高效开采。     

基于LBM的集中涌出瓦斯在通风网络中蔓延仿真

应用速度-浓度双分布格子Boltzmann模型建立了基于LBM的瓦斯蔓延速度模型和浓度模型,并通过Boussinesq方程将2个模型有机耦合起来.采用基于分块耦合算法的速度-浓度LBM模型将巷道分成若干规则的块,对各块分别独立计算,仅在边界处交换数据,从而去除冗余网格,简化了网格计算,提高了系统资源利用效率.模拟实例结果表明,通过该模型可得到集中涌出瓦斯在通风网络中蔓延的直观信息和其速度、体积分数、压力等大量数据,还可以得到每条巷道内瓦斯体积分数峰值及其个数、位置和到达时间,从而能提供有效避开高浓度瓦斯的方案.集中涌出瓦斯在通风网络中蔓延一段时间后总体体积分数会降低,但是由于某些位置(如巷道拐角、巷道风流交汇处)的风流处于紊流状态,其瓦斯体积分数相对比较高,人员进入矿井时应尽量避免在这些地方停留.     

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。     

国家安全监管总局国家煤监局关于近期3起国有重点煤矿较大以上事故的通报

2013年1月份,国有重点煤矿连续发生2起较大事故和1起重大事故,给人民群众生命财产造成重大损失,教训深刻,国家安全监管总局、国家煤监局就有关情况通报. 2013年1月7日,山西省阳泉煤业集团寺家庄煤业有限责任公司发生一起较大瓦斯爆炸事故,造成7人死亡.该矿为建设矿井,设计生产能力500万t/a,2005年8月1日开工建设,事故发生前各系统已经基本建设完成.该矿绝对瓦斯涌出量为206.37 m3/min,相对瓦斯涌出量为51.02 m3/t,属煤与瓦斯突出矿井.据初步分析,事故原因是:该矿15112工作面在切巷施工顶板锚索钻孔时,钻杆穿过上部积聚瓦斯的内错尾巷密闭区域,因钻杆接头断裂,钻杆断裂两端接触面旋转摩擦产生火花,引起瓦斯爆炸.     

低瓦斯矿井瓦斯爆炸事故的主要原因及防治对策

从理论和实际两方面分析了近期发生在一些低瓦斯矿井的瓦斯爆炸事故,结合对福建煤矿曾经发生的瓦斯爆炸事故的分析和研讨,认为发生瓦斯爆炸事故的主要原因有:对瓦斯防治重视不够、未能准确地确定瓦斯的爆炸下限浓度及瓦斯混合气体在强点火能下会降低瓦斯爆炸浓度下限等主观上的原因,还有因采深加大致使瓦斯涌出量增加、瓦斯监测系统不到位等客观上的原因。着重从大量的试验证明了在强点火能下瓦斯混合气体爆炸浓度下限大幅降低的事实,并提出了相关的防治对策。研究成果对瓦斯防治具有重要的实际意义。     

依靠科技治瓦斯

淮南煤矿是全国瓦斯治理难度最大的矿区之一。瓦斯储量高达6000亿m^3,绝对涌出量820m^3／min,相对涌出量8～26m^3／t,现有9对生产矿井全部为煤与瓦斯突出矿井。历史上曾是瓦斯事故重灾区。1980年～1997年,发生重特大瓦斯事故12起,死亡364人。1991年～2002年,百万吨死亡率4．01。2003年以来,我们紧紧依靠科技进步,综合治理瓦斯,杜绝了瓦斯爆炸事故。     

瓦斯浓度对封闭空间内爆炸致灾性气体的影响

为研究瓦斯浓度对瓦斯爆炸致灾性气体的影响,利用定容反应器模型,模拟封闭空间内不同瓦斯浓度条件下的瓦斯爆炸反应。试验结果表明:随着初始瓦斯浓度的增高,瓦斯爆炸所产生的致灾性气体CO_2,NO和NO_2浓度逐渐降低,而CO浓度逐渐增高;当初始瓦斯体积分数为9.5%时,对致灾性气体(CO,CO_2,NO和NO_2)生成和消减起促进作用的关键基元反应步(TKERS)相同。     

置障条件下含氢瓦斯爆炸特性试验

为了获得置障条件下含氢瓦斯爆炸特性,通过试验研究了50 mm×50 mm×250 mm透明管道内连续障碍物条件下氢气体积分数对瓦斯爆炸火焰锋面位置、火焰传播速度、超压及最大超压上升速率的影响规律。结果表明,与氢气体积分数为0时相比,当氢气体积分数分别为1. 5%、3. 5%和6. 5%时,火焰锋面到达出口所用时间分别缩短了3. 3 ms、6. 7 ms和8. 3 ms,最大超压分别增大了10. 5%、62. 8%和109. 2%,最大超压到达时间分别缩短了18. 7%、31. 3%和41. 3%,最大超压上升速率大致呈线性增长趋势。此外,当氢气体积分数增加时,其爆炸超压主要频率对应的分量随之增大,爆炸产生超压振荡的周期性增强,其频率主要分布于200～400 Hz,这种高频超压振荡现象可能与含氢瓦斯爆炸产生较大水蒸气分压进而引起的燃烧诱导快速相变有关。