文摘

有害气体的溢出灾难往往发生在厚煤层工作面气体浓度高,随着机械化放顶煤采场的开采强度高的特点,高残煤和瓦斯含量高。因此,气体迁移的灾难性的机制和浓度分布的理论基础是在机械化放顶煤采场气体控制方案。基于7607年五羊煤矿工作面,在工作面气体排放数量是全面分析了现场测量。气体漏磁场、氧浓度场和气体浓度场在7607工作面通过建立平等比例数值模型模拟。由于工作面漏风的增加引起的高巷抽排水、煤炭自燃的风险也进行了分析,在天然气开采采空区。研究结果表明,高排水巷道的瓦斯抽放技术已经显著影响气体溢出的现象。附近的气体浓度上的角落工作表面已经从0.7%减少-1%到0.5%。与此同时,需要注意在采空区煤炭自燃的风险高排水巷道瓦斯抽放。在采空区氧化带的宽度比在排水之前约25米深。研究成果提供参考气体控制技术和煤自燃防治面临类似的工作。

1。介绍

气体溢出灾难不仅直接威胁着煤矿工人的安全,还限制了煤矿生产能力(1,2]。机械化放顶煤采场的煤炭产量大,而气体排放是不均匀的3- - - - - -5]。与此同时,在机械化放顶煤采场气体浓度在短时间内极大地变化,很容易导致天然气事故(6,7]。长期生产实践表明,气体迁移和气体浓度分布的重要部分在机械化放顶煤采场瓦斯治理8- - - - - -10]。为煤矿复杂的生产条件,如高气体和厚煤层,这是特别重要的了解工作面气体迁移状态,选择一个合理的气体控制方案11- - - - - -13]。只有计算出气体浓度的影响因素机械化放顶煤采场瓦斯灾害的发生可以预防,以及矿井的高产高效。因此,有必要开展研究灾难性的机制和浓度分布的机械化放顶煤采场气体迁移。

对工作面采空区的瓦斯突出是一种气体溢出灾难的主要原因(14- - - - - -16]。在汽油矿山,有更多的遗迹在采空区煤位低放顶煤开采过程挖掘技术,和残煤之间的差距很大17,18]。因此,气体泄漏后,很容易通过采空区和流流驱动下的空气压力。在“U”型通风工作面,当气流从入口进入采场巷道,在采空区气体带出工作面,导致工作面瓦斯浓度(19- - - - - -21]。

高排水巷道的瓦斯抽放技术是广泛使用在中国,起着良好的作用在防止溢出的气体浓度在工作面22,23]。高气体在煤层工作面自燃,通过高排水天然气开采巷道缓解气体排放空气泄漏灾害,但是增加了工作面在某种程度上和加速的残馀在采空区煤炭自燃的过程(24,25]。夏et al。26]研究了灾害机制共存的天然气和煤炭自燃和耦合效应的作用机理。楚et al。27]分析了屋顶的扰动效应巷道瓦斯抽放采空区自燃区域。

因此,它的现实意义研究漏风的特点和分布的三个区采空区煤炭自燃的预防和控制。因此,针对气体溢出的问题在高气体机械化放顶煤采场,本文采用实际生产条件在五羊煤矿7607工作面现场测量和分析了气体排放情况的工作面。

2。气体在7607工作面发生法律

2.1。矿区的基本概述和工作面

五羊煤矿是一个大型现代化矿井Lu国安集团位于Xiangyuan县,山西省长治市。它长约13公里从南到北从东到西,宽10公里,占地面积78.3649公里²。有13煤层雷区,包括两个可开采的煤层,最可开采的煤层,并在本地十,偶尔可开采的煤层,总厚度13.31米和煤含量系数8.17%。其中,3 #煤层位于山西中部和下部的形成,平均厚度为5.75米。整个地区通常是稳定的,即煤层开采。五羊煤矿的通风模式分为斜类型,和通风方法提取类型。

煤矿7607工作面在五羊的布局图所示1。采用综采放顶煤开采过程中工作面,高收益的特点,效率高。然而,由于开采强度高,发展速度快,工作面瓦斯涌出量大,很容易导致上部角落气体溢出或矿井回风巷道,这对生产带来了巨大的潜在的安全隐患。

2.2。在工作面瓦斯赋存规律

配件五羊煤矿的瓦斯含量测量的埋深煤层,煤层的瓦斯含量之间的关系和煤层的埋藏深度。之间的对应关系在3 #煤层瓦斯含量与埋深图所示2。

煤层的埋深在五羊煤矿7607工作面为512 m - 593 m。根据瓦斯含量与埋深关系的公式,在7607工作面煤层瓦斯含量计算是10.63米³/ t - 13.95³/ t。

3所示。天然气移民法律和煤炭自燃风险下 - - - - - -型通风

3.1。数值计算模型

7607工作面采用综合采煤技术方案,与227米的露天的长度和推进的长度1002米。在工作面煤层的平均深度是600米,厚度6.06米,是开采高度是3米,和煤炭放电3 m,原煤工作面瓦斯含量是9.1米³/ t,空气分布体积是4000米³/分钟。的基础上 - - - - - -的通风方案,7607工作面采用瓦斯抽放技术在高排水巷道。返回气道的交集和工作面为原点的坐标COMSOL数值分析软件,采空区的方向 - - - - - -轴方向,倾斜的 - - - - - -轴方向,垂直方向的 - - - - - -轴方向建立几何模型,如图3。吸入气道和返回气道的断面尺寸是17.5米²( )。高排水巷道的断面尺寸是10.4米²( )。

根据实际情况在7607工作面,罢工模型的长度为200米,倾斜长度是227米。工作面区域的网格的数值计算模型是加密的,如图4。用于网格生成四面体网格,网格的总数 ,和网格加密进行工作面。

进气气流巷道的入口速度,和回风巷道是自由流动的,和高吸巷道是大规模出口,和四方联系高吸巷道和采空区的接口。气体排放法律在工作面采空区漏风流场,氧浓度场的分布规律,气体浓度场计算。数值模拟参数如表所示1。

根据质量守恒方程、动量守恒方程和扩散运动方程,氧气和天然气运输的数学模型建立了工作面和采空区,结合机械化放顶煤采场的实际情况。数值模拟软件COMSOL求解模型。

3.2。在采空区渗流参数的分布

在采空区漏风压差的影响下,这些孔隙之间的空气流动。煤表面的吸附空气中的氧气泄漏和反应形成自燃,这是残煤自燃的主要原因在采空区。孔隙度在采空区的分布密切相关,煤的岩性屋顶,煤层抗压强度,并在采空区的矿山压力分布。在采空区渗流参数的分布如图5。

由于上覆地层的崩溃在采空区,采空区的应力分布符合“O”形环分布理论。结束时工作面和两个巷道位置,煤和岩石破碎膨胀系数和孔隙度和渗透率较大,而煤和岩石碎片和孔隙度和渗透率系数较小的采空区由于压力压实。为了进一步分析采空区瓦斯渗流环境,渗流参数的位置 在采空区的地板是进一步提取,如图6。

有一些差异在采空区的渗流参数的分布在不同的位置。从附近的采空区工作面和两个道路,孔隙度大,中间的孔隙度和深度更小。由于上覆地层的崩溃,粉碎膨胀系数、孔隙度、渗透率在进口和回风巷道工作面附近的上下角深固壁边界的采空区都大;影响范围约20米。年底工作面附近的孔隙度达到最大值0.3在进口和回风。采空区的应力分布达到的最大中间采空区和降低采空区周围的墙的延伸。

3.3。在采空区流场和浓度场的分布

在采空区气体成分的变化,特别是氧气和天然气的内容,取决于空气泄漏和气流的分布。因此,研究采空区渗流是一个重要的理论依据残煤自燃和气体排放和积累。采空区渗流分布的研究提供了重要的基础研究采空区瓦斯分布和剩余煤炭自燃。当入口风量4000米³/分钟,空气渗漏速度的分布在地板上 采空区如图7。

在采空区漏风率相对较大的约20米的工作面接近尾声罢工在图7(一)。当它达到50米深到采空区,漏风率逐渐减小,小于1米/分钟。这一现象的原因是“O”圆采空区煤炭质量的分布。随着矿业的发展,采空区坍塌的屋顶。因此,有很多空气漏入采空区上、下采空区的角落。采空区氧浓度分布是不均匀的图7 (b)。由于空气的速度惯性漏流在进口方面,进口侧上的氧化深度大于回报方面。

为了分析采场气体分布律和有效控制气体水平工作面,在采空区三维气体浓度分布和地板图所示7 (c)和7 (d)。由于漏风的稀释效应在采空区气体流动,进气侧的气体浓度显著低于空气中返回。因为漏风的影响范围是有限的,空气流气体的稀释效应相对较弱,当它到达中、深部采空区的一部分。因此,中间的气体浓度和采空区更高深的一部分。

3.4。分工在采空区自燃氧化带

为了进一步分析采空区自燃氧化带的位置,“三个区”的采空区除以0.004米/秒(0.24米/分钟)和0.001米/秒(0.1米/分钟)。自燃氧化带的分布范围基于漏风风速图所示8(一个)。在采空区自燃氧化带分布在50 m - 150 m的范围在采空区的后面。在进口和返回风方面,0.004 m / s的等值线深约120米的采空区罢工。摘要在分析采空区氧浓度分布规律的,氧浓度等高线 在地板上提取分析,为了清楚地理解采空区自燃氧化带的分布模式。

在采空区氧化带的分布与分裂指数18% - -10%氧浓度图所示8 (b)。工作面附近的白色区域是热带,氧浓度18%和10%之间的色彩区域轮廓是自燃区,和氧浓度低于10%的面积是窒息区。当自燃区在进气口一侧的采空区回风侧的采空区,其宽度逐渐减小。氧化带的宽度在采空区回风侧相对狭窄,而采空区的核心部分和进气口一侧。在入口道路的一侧,自燃区域的范围是75 - 160 m,自燃带的宽度是85,和自燃带的宽度是85米。采空区自燃区中间的85米- 150米、自燃带的宽度是65米。自燃带范围的一侧回风巷道是20 m-45 m和自燃带的宽度是25米。结合氧化带范围除以漏风风速和氧浓度,氧化带范围确定为20 m - 150 m,为了减少采空区煤炭自燃的风险。

4所示。多组分气体迁移和煤炭自燃风险条件下的高巷道

4.1。在采空区流场和浓度场的分布

为了进一步控制采空区气体水平,是在高泵进行天然气开采巷道上方的屋顶采空区,萃取率是260米³/分钟。首先,空气泄漏速度分布 在高泵的采空区地面条件下巷道图所示9(一个)。为了进一步分析氧浓度的变化规律在进口和出口端高泵的作用下巷道,氧浓度的变化在30米的进口和出口方提取,如图9 (b)。进气侧的氧浓度下降到18%后进入采空区约110米,在进气口端和氧浓度约170是10%。在采空区三维气体浓度分布的影响高泵巷道图所示9 (c)。为了清楚地了解工作面和采空区瓦斯浓度分布,在采空区气体浓度等值线图的地板上 提取,如图9 (d)。

4.2。分工在采空区自燃氧化带

而下的漏磁场 - - - - - -的通风,空气泄漏速度范围的回风角变大是因为在高注入天然气开采巷道的影响;特别是,空气泄漏速度回风巷道的位置明显增加。采空区的three-zone分布在高注入天然气开采条件下的巷道图所示10 (),这是除以空气泄漏的速度作为一个指示器。在采空区自燃氧化带分布在60 m - 160 m在采空区的范围。红色区域是热带雨林区,蓝色区域是窒息区,以及它们之间的梯度区自燃氧化带。相比之下,空气泄漏速度下的分布 - - - - - -型通风,在采空区氧化带的深度开采巷道高比较大。在进口和返回风方面,0.24米/分钟等值线深约140米的采空区罢工。在图11 (b)工作面附近的白色区域是分散热带,彩色区域之间的18%和10%氧浓度等值线是自燃区,和氧浓度低于10%的面积是窒息区。自燃带范围的进气口一侧道路90米- 175米图10 (b),自燃带的宽度是85;自燃带范围中间的采空区是100米- 160米,和自燃带的宽度是60米;自燃带范围的一侧回风巷道是20 m - 75 m,和自燃带的宽度是55米。

相比U型通风,氧化带的宽度在入口端和采空区的中间几乎没有变化,和氧化深度移动大约10米。18%的等值线的氧化带返回一侧变化小,并且10%的等值线移动明显落后。氧化带的宽度在回风方面发生了巨大的变化,这与之前相比增加了30米宽25米。

4.3。比较前后采空区氧和气体浓度的排水巷道瓦斯抽放

氧的体积分数和天然气两侧进气气道和空气返回气道前后采空区气体提取高排水巷道相比,如图11和12。从图可以看出11后,采空区漏风增加排水巷道,天然气开采和氧气体积分数进、回风侧显著增加。采空区是50米的深度时,在进口气道氧体积分数和返回气道方面增加了2%和5%,分别。瓦斯抽放高排水巷道明显降低采空区气体体积分数,和进口的两边气体体积分数和返回气道明显下降,如图12。采空区是50米的深度时,气体体积分数在空气入口和空气返回端减少了10%和20%,分别。尤其是上层的角落附近的气体浓度工作面明显减少,有效地抑制气体排放从工作面采空区。

5。结论

(1)煤层的埋深是影响气体发生的关键因素。煤层瓦斯含量之间的关系和煤层埋深,气体含量的增长梯度是4.2米³/ t / hm, 7607工作面煤层瓦斯含量预测是10.63³/ t - 13.95³/ t。通过气体含量的测量,证明了气体发生法律与实际情况是一致的(2)测量气体排放来自煤壁和工作面落煤质量是26.09米³/分钟,气体进入采空区漏风是1.12米³/分钟,工作面漏风是581米³/分钟。仿真结果表明,在采空区自燃氧化带的范围在7607工作面50 m - 160 m在进口道路方面,50 m - 150 m在中央采空区,和20 m - 150 m在回风巷道端(3)通过测量气体浓度积累在工作面和确定不同地区自然氧化带(渗流区)在数值模拟采空区中,瓦斯事故区域综合确定。通过气体控制效果监测,证实了气体浓度的上部角落完全机械化放顶煤开采过程中采场五羊煤矿不超过0.8%,在回风巷道和气体浓度不超过0.8%。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(51874277)。