采空区进风侧煤柱着火进行灭火时防止瓦斯爆炸的对策

以孔庄煤矿Ⅲ2水采区7337回风联络巷自然发火情况及处理经过为例,笔者介绍了在采空区瓦斯浓度较高情况下,采空区进风煤柱着火的火势发展情况与着火特点。分析灭火过程发生瓦斯爆炸的可能性;提出了在安全前提下灭火步骤、灭火措施和注意事项;总结了灭火工作中成功的经验与失败的教训,即在扑灭井下火灾过程中,必须做到:遵循“安全第一”的方针,制定科学、具体的灭火方案和正确、有效的灭火措施,要时刻加强火区气体成分检测,得出了防止瓦斯爆炸等一系列具有指导性的原则和行之有效的措施。     

采空区开区注氮灭火温度场冷却过程的数值模拟

为研究开区注氮条件下,采空区遗煤自燃被抑制和熄灭作用复杂力学过程(原理),由非均质多孔介质中的渗流连续性方程、气体弥散方程和综合传热方程的联立,建立了注氮采空区煤自燃的非定常数值模型。结合实例,用迎风格式有限元方法求解。计算在不同情况下采空区自燃高温点熄灭过程,以图形方式给出了采空区的漏风流态、氮气流态,描绘灭火降温过程中,采空区氧、CO和温度分布的动态变化过程。提出了对自燃早期火灾施行开区注氮灭火的方法和适用的判定准则。理论计算得到开区注氮灭火分为两个阶段过程,即原火源熄灭和新自燃氧化区形成并自燃。指出实施开区注氮灭火应准确把握注氮时机和防止新自燃氧化区形成的工作面开采推进时机;并配合降低漏风措施条件下进行注氮。     

采空区场流安全理论及其研究的新进展

提出采空区场流安全理论的概念,并对采空区场流流态、瓦斯涌出和自燃“三带”理论及自燃温度等数值模拟计算的发展历程进行概要总结;分析了当前采空区场流安全理论研究的最新进展和发展趋势。指出目前的现代通风安全理论研究正处在前所未有的历史变革时期,即从网络流通风安全理论到场流安全理论的过渡与统一。采空区问题(瓦斯涌出和自燃)应综合考虑特定开采条件下的采场漏风与供氧系统的背景环境。其理论研究的主流方向应是基于场流方法的灾害与各因素影响关系的分析,重点是灾害机理和多灾害间耦合等一般规律;技术手段是多孔介质渗流力学、多相气体扩散、综合传热理论和有限元数值模拟方法,关键是模型求解的收敛稳定性和流场分布解问题。     

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。     

基于PCA-PNN的采空区多源指标危险性辨识

为了提高采空区多源指标危险性辨识的预测精度,基于主成分分析(PCA)和概率神经网络(PNN),提出1种采空区多源指标危险性辨识方法。将影响华东某地区矿山采空区危险性辨识的9项因素作为主要影响因素,并以96个实测采空区为例进行分级。研究结果表明：与朴素贝叶斯、随机森林和AdaBoost 3种机器学习算法相比,PNN在测试集上表现更好,对实际工程具有良好的指导意义和应用价值。     

浅埋深薄基岩下综采工作面回风隅角低氧治理

为解决神东矿区浅埋深薄基岩下综采工作面回风隅角低氧的难题,以神东煤炭集团锦界煤矿低氧治理为背景,结合现场观测数据,从综采工作面通风方式、工作面漏风通道、大气压变化等方面详细分析综采工作面回风隅角低氧形成机制,得出综采工作面回风隅角低氧的原因,分别为岩层中存在的N₂、CO₂气体的涌入、采空区有漏风通道、工作面局部风流处于涡流状态难以进入到主风流、大气压降低等,同时针对上述原因提出降低采空区漏风及加强采空区浮煤管理,设置导风帘、加强工作面风量管理,设置支架后挡风装置、上下隅角充填堵漏,将U型通风方式调整为偏Y型通风方式或U+L型通风方式等治理回风隅角低氧的措施,并分析适用条件及优缺点,结果表明：通过调整通风方式、设置通风设施、施工密闭、留设煤柱、上下堵漏等优化通风系统的措施可以有效地解决工作面回风隅角低氧的问题,保证安全回采工作的顺利进行。     

采空区顶板-矿柱体系蠕变损伤力学模型研究

为分析采空区顶板-矿柱体系的稳定性,并预测采空区的稳定时间,采用薄板理论、流变力学和损伤力学理论,建立了采空区顶板-矿柱体系蠕变损伤力学模型.在此模型基础上推导采空区顶板挠度的微分方程,根据采空区顶板在不同阶段的边界条件采用伽辽金方法对该微分方程进行了求解,并在排山楼金矿老采空区进行了工程应用,将预测结果与现场监测结果进行了对比分析,验证了模型的可靠性.研究表明:建立的力学模型能够较准确地运用于采空区稳定时间预测;矿柱的流变变形随时间延长逐渐增大,如不采取加固措施,排山楼金矿老采空区将出现顶板-矿柱体系的坍塌.     

采空区精确建模信息系统实体模型交互接口开发

随着矿业的快速发展,Surpac,Dimine,3DMine等三维矿业软件在矿业领域得到了广泛的应用。为进一步完善自主研发的采空区激光扫描三维精确建模信息系统功能,在解析stl,dxf及dtm格式文件的数据结构及其三维实体数据存储规律的基础上,成功地开发了基于上述三种实体模型存储文件格式的采空区三维实体模型交互接口,实现了信息系统与目前主流三维矿业软件之间三维实体模型的交互。实用表明,所开发的接口能有效实现信息系统与其他三维矿业软件之间采空区三维模型的交互与共享,进一步完善了信息系统的模型数据输入输出功能,提高了其应用价值。     

注氮量对采空区自燃三带分布影响的数值模拟

为研究注氮对采空区自燃三带分布的影响,建立了二维注氮采空区渗流场的数学模型,研究了注氮量的变化对采空区流场分布的影响,得到了注氮采空区自燃三带的分布规律。结果表明,随着注氮量的增大,散热带增宽,氧化带向采空区深部移动,距注氮源越近三带所受影响越大,并分析了注氮量对工作面氧浓度分布的影响。     

浅埋房式采空区覆岩结构及对下位煤层开采的影响

房式采空区留设大量不同尺寸煤柱,采场覆岩结构复杂。为了研究霍洛湾矿浅埋2-2煤层房式采空区覆岩结构特征及其对下位3~(-1)煤层开采的影响,应用理论分析、数值计算、相似材料模拟等方法,确定了2-2煤层房式采空区覆岩结构类型,揭示了不同类型覆岩结构应力场分布特征及其对3~(-1)煤层矿压显现的影响特征。结果表明:2-2煤层房式采空区覆岩结构分为房柱稳定覆岩结构、房柱失稳覆岩结构、20 m煤柱覆岩结构、50 m煤柱覆岩结构4类;在房柱稳定、房柱失稳覆岩结构下3~(-1)煤层处于卸压状态,垂直应力降低8%~14.3%,在20 m煤柱、50 m煤柱覆岩结构下3~(-1)煤层处于应力集中状态,垂直应力增加5%~32%;揭示了3~(-1)煤层开采时不同覆岩结构下工作面超前支承力分布特征,在20 m煤柱、50 m煤柱、房柱稳定及房柱失稳4类覆岩结构下超前支承应力集中系数分别为4.10、3.85、2.76、3.62;不同类型覆岩结构下3~(-1)煤采场覆岩运动特征稍有差异,房柱稳定、房柱失稳覆岩结构下3~(-1)煤层工作面来压步距为12~14m,20 m煤柱、50 m煤柱覆岩结构下来压步距为10~11 m;相似模拟表明,3~(-1)煤层过20 m和50 m大煤柱时,煤体发生弹射现象,预计实际开采时工作面可能发生动载矿压等动力灾害。