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沟壑地区浅埋煤层采空区煤自燃危险区域研究

煤炭技术 2024年第5期43卷 170-174页

作者：秦志华刘尚明魏高明张雅婷刘磊西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 新疆世安能源管理有限公司乌鲁木齐830009

沟壑地区浅埋煤层上覆岩层厚度不均匀,采动影响造成地表开裂形成台阶式下沉趋势,造成地表裂隙漏风,长时间漏风供氧致采空区遗煤自燃氧化条件良好,威胁矿井安全生产。以典型的某矿沟壑地貌浅埋煤层中11B602工作面为研究对象,现场观测地... 详细信息

沟壑地区浅埋煤层上覆岩层厚度不均匀,采动影响造成地表开裂形成台阶式下沉趋势,造成地表裂隙漏风,长时间漏风供氧致采空区遗煤自燃氧化条件良好,威胁矿井安全生产。以典型的某矿沟壑地貌浅埋煤层中11B602工作面为研究对象,现场观测地表裂缝发育几何形貌及大尺度漏风裂缝分布特征,并采用数值模拟研究采空区漏风规律,划分煤自燃危险区域。研究表明:工作面对应地表存在拉伸型和开裂型等裂缝,且风流由地表漏向采空区;受地表漏风影响,采空区内整体O_(2)浓度升高,两巷位置O_(2)浓度大于8%,采空区内由地表向两道漏风引起的煤自燃危险区域为进风侧100~151 m、回风侧14~85 m。通过采取井上下综合防治的措施,有效控制了地表漏风和采空区遗煤自燃,保障了工作面的安全生产。

关键词：煤自燃浅埋煤层地表漏风氧浓度场自燃危险区域

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应力加载下采煤工作面卸压钻孔裂隙演化特征

煤炭技术 2024年

作者：魏高明刘森易欣刘洪亮孙国桢西安科技大学安全科学与工程学院西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室山东能源集团西北矿业有限公司

采煤工作面卸压钻孔漏风诱发的煤自燃隐患威胁矿井安全生产，研究应力加载下采煤工作面或沿空预留煤柱卸压钻孔裂隙演化特征，对有效指导煤自燃预防具有重要意义。采用理论分析和实验测试相结合的研究方法，研究了3种含孔试件在单轴应... 详细信息

采煤工作面卸压钻孔漏风诱发的煤自燃隐患威胁矿井安全生产，研究应力加载下采煤工作面或沿空预留煤柱卸压钻孔裂隙演化特征，对有效指导煤自燃预防具有重要意义。采用理论分析和实验测试相结合的研究方法，研究了3种含孔试件在单轴应力加载过程中的应力-应变曲线，分析和划分了试件破坏过程，确定了不同应力加载下，试件孔周围裂隙发育形态分布规律和孔周裂隙位移量。结果表明：相比完整煤试件，在各项应力加载下含孔煤试件的峰值应力强度平均降低55.49%，峰值应力超过6 MPa含孔煤试件孔周围出现T型裂隙。随着外加载应力增大，孔周裂隙扩展延伸至试件发生形变破坏，试件孔周边出现大量裂隙网络，外界应力加载过程试件沿孔周的径向位移和环向位移均大于0.5 mm。表明含孔试件在载荷应力作用下卸压钻孔发生形变破坏，产生大量毫米尺度的裂隙网络，在钻孔周围松动圈未及时采取裂隙封堵措施的状况下，容易长时间漏风供氧而发生煤自燃隐患。

关键词：煤自燃卸压钻孔形变破坏裂隙发育漏风供氧

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离子液体对不粘煤煤粉自燃特性的影响

工程科学学报 2022年第12期44卷 2008-2016页

作者：马砺何铖茂魏泽魏高明王洋西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室西安710054

为了研究煤粉储运过程中堆积煤粉在漏风环境下氧化升温导致其氧化自燃特征,揭示[BMIM][BF_(4)]离子液体抑制煤粉氧化阻燃反应机制.本文选用高效阻化剂[BMIM][BF_(4)]离子液体对红柳煤矿(HL)不粘煤煤粉进行阻化处理,通过煤粉恒温氧化实... 详细信息

为了研究煤粉储运过程中堆积煤粉在漏风环境下氧化升温导致其氧化自燃特征,揭示[BMIM][BF_(4)]离子液体抑制煤粉氧化阻燃反应机制.本文选用高效阻化剂[BMIM][BF_(4)]离子液体对红柳煤矿(HL)不粘煤煤粉进行阻化处理,通过煤粉恒温氧化实验测定5%、10%、15%质量分数的[BMIM][BF_(4)]处理煤粉的自燃临界参数,即煤粉临界自燃温度T_(m)和着火延迟时间t_(i),分析[BMIM][BF_(4)]对煤粉加热、自热反应的影响;测试同一高温环境下(各煤粉均被点燃)[BMIM][BF_(4)]对煤粉的宏观阻化特性;通过FT-IR实验表征[BMIM][BF_(4)]对煤粉的微观阻化特征,验证煤粉自燃临界参数变化规律.结果表明:[BMIM][BF_(4)]能够抑制煤粉自热反应并提高煤粉T_(m)和t_(i)值,降低煤粉自燃危险性,且其质量分数越大,煤粉自燃临界参数越大,其中15%质量分数的[BMIM][BF_(4)]处理煤粉的T_(m)为156℃,较原煤粉冗余度提高+26℃,t_(i)为80 min,较原煤粉着火延迟32 min.在同一环境温度T_(a)下(T_(a)>T_(m)),[BMIM][BF_(4)]处理煤粉的中心点温度、耗氧速率、CO产生量均小于原煤粉,且[BMIM][BF_(4)]的阻化效果随质量分数的增大而增大.[BMIM][BF_(4)]的阻化作用体现在强电负性氟原子与煤中羟基氢原子形成较强的氢键,溶解破坏煤中羟基基团,阻断煤氧链式反应.

关键词：煤粉自燃离子液体临界自燃温度着火延迟时间活性官能团

液态CO_(2)驱替煤体CH_(4)的渗流特性及机制分析

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采矿与安全工程学报 2022年第6期39卷 1265-1271页

作者：李珍宝王凤双梁瑞赵海章马吉昊魏高明兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050 西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054

煤层瓦斯抽采效率低是造成高瓦斯及突出矿井采掘接续困难和瓦斯事故频发的重要原因。液态CO_(2)具有低温致裂增透和相变置换驱替促抽瓦斯效应,可有效提高煤层渗透性。采用自主研发的三轴多相CO_(2)促抽煤层CH_(4)平台,分析了不同温度下... 详细信息

煤层瓦斯抽采效率低是造成高瓦斯及突出矿井采掘接续困难和瓦斯事故频发的重要原因。液态CO_(2)具有低温致裂增透和相变置换驱替促抽瓦斯效应,可有效提高煤层渗透性。采用自主研发的三轴多相CO_(2)促抽煤层CH_(4)平台,分析了不同温度下的煤体抽真空-CH_(4)吸附-CO_(2)驱替全过程应变、驱替浓度、流量及渗透率的变化,揭示了液态CO_(2)驱替煤层CH_(4)过程机制。结果表明:在吸附CH_(4)及CO_(2)驱替阶段,煤体均表现为膨胀应变,各阶段应变分为快速膨胀和缓慢膨胀变形阶段,CO_(2)驱替阶段的应变量显著大于CH_(4)饱和吸附阶段的应变量,温度越低,应变差异性越大;驱替过程不同驱替阶段的主导控制效应分别为裂隙游离CH_(4)驱赶、CH_(4)自解吸及CO_(2)-CH_(4)竞争吸附,驱替流量先快速增加,后缓慢降低并趋于稳定;温度越低,煤体稳态渗透率越大,低温下煤基质收缩裂隙扩容和热应力损伤增透效应远大于煤体吸附膨胀作用;液态CO_(2)驱替CH_(4)过程的低温裂隙扩容与孔裂隙损伤发育效应,大于CO_(2)-CH_(4)竞争吸附膨胀作用,是改善煤层渗透性的关键。为提高注CO_(2)的经济性,在技术应用过程不同驱替阶段应优化设计注入流量参数。

关键词：置换驱替瓦斯抽采膨胀变形驱替浓度渗透率

建北煤矿高瓦斯煤层自燃早期预报指标优选研究

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矿业安全与环保 2022年第3期49卷 1-8页

作者：文虎郭曦蔓张铎程小蛟魏高明唐瑞西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054

为解决建北煤矿高瓦斯煤层自然发火早期精准预测预报的难题,以该矿4204工作面煤层为研究对象,利用程序升温实验重点分析不同粒径煤样在升温氧化过程中CO、CO_(2)、C_(2)H_(6)、C_(2)H_(4)等气体体积分数的变化规律,通过格氏火灾系数等... 详细信息

为解决建北煤矿高瓦斯煤层自然发火早期精准预测预报的难题,以该矿4204工作面煤层为研究对象,利用程序升温实验重点分析不同粒径煤样在升温氧化过程中CO、CO_(2)、C_(2)H_(6)、C_(2)H_(4)等气体体积分数的变化规律,通过格氏火灾系数等方法进行处理分析。结果表明,建北煤矿煤样出现CO的临界温度为60~80℃,且整体变化趋势呈指数增长,CO气体产生量与粒径呈反比关系;C_(2)H_(4)出现的温度约为120℃,且煤样粒径越小其体积分数增长越快。依照指标气体优选原则,确定建北煤矿4204工作面高瓦斯煤层煤自燃的优选指标:主要气体指标为CO、第二类火灾系数;辅助气体指标为C_(2)H_(4)、烯烷比φ(C_(2)H_(4))/φ(CH_(4))和φ(C_(2)H_(4))/φ(C_(2)H_(6))、第三类火灾系数。应用指标气体CO和煤温进行函数曲线拟合,进一步验证煤自燃程度。研究结果为建北煤矿高瓦斯煤层自燃预报提供了理论依据,对我国同类工况条件的高瓦斯煤层煤自燃早期预测预报与超前防控具有重要的指导意义。

关键词：高瓦斯煤层煤自燃程序升温格氏火灾系数指标气体

液态CO_(2)管道输送注入端相变特性试验研究

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安全与环境学报 2022年第2期22卷 763-769页

作者：马砺范新丽邢园园郭睿智魏高明西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室西安710054

液态CO_(2)输送过程具有不稳定性,尤其是管道注入端易受外界环境影响发生相变而造成管路堵塞。因此,研究注入端液态CO_(2)相变特性对非稳态输送具有重要意义。通过自主搭建的耐高压管道式CO_(2)相变特性测试系统研究了不同初始压力下注... 详细信息

液态CO_(2)输送过程具有不稳定性,尤其是管道注入端易受外界环境影响发生相变而造成管路堵塞。因此,研究注入端液态CO_(2)相变特性对非稳态输送具有重要意义。通过自主搭建的耐高压管道式CO_(2)相变特性测试系统研究了不同初始压力下注入端压力及温度的变化情况,分析了注入端相态变化及传热特性。结果表明:液态CO_(2)注入平均质量流量一定时输入管道后发生热交换,瞬时相变导致注入端压力先上升后逐渐降低,温度在短时间内保持不变后快速下降,最终压力和温度趋于稳定;不同平均质量流量下,注入端压力/温度变化趋势一致,平均质量流量越大,气化过程越缓慢,所需时间越长;管道初始压力为1 MPa时,注入端CO_(2)介质由气态变为气液两态最终变为过热液体,通过温度-压力特性曲线得出,注入端压力和温度变化较小,前后压力差为0.099 MPa;管道内预先充入一定量CO_(2)气体,可防止温度和压力大幅度变化而产生干冰堵塞管道。

关键词：安全工程液态CO_(2)相变特性管道输送注入端压力温度

深部边远采区综放工作面俯斜开采煤自燃防控方法

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煤矿安全 2022年第5期53卷 81-86页

作者：王昕郭英师童王旭魏高明张超西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿山东济宁272000

为解决深部边远综放工作面漏风强度大,煤层埋藏深,煤自燃防控困难的问题,以鲍店煤矿深部采区7302工作面为例,研究俯斜工作面煤自燃预控方法;通过对煤自燃危险性分析,采用SF6示踪法研究采空区危险区域的漏风通道;工作面旋转开采时期采用... 详细信息

为解决深部边远综放工作面漏风强度大,煤层埋藏深,煤自燃防控困难的问题,以鲍店煤矿深部采区7302工作面为例,研究俯斜工作面煤自燃预控方法;通过对煤自燃危险性分析,采用SF6示踪法研究采空区危险区域的漏风通道;工作面旋转开采时期采用监测监控、注胶、注氮阻化的方法防控煤自燃;工作面过断层时期,采用设隔离墙、注氮和注高吸水材料等防控方法;工作面停采撤面时期通过隅角设煤垛墙、气体监测、注氮和注胶等措施,对煤自燃危险区域超前防控。结果表明:7302综放工作面采空区工作面漏风率约为15.87%,主要漏风通道为工作面向支架后部漏风;针对不同时期采取的防控措施后,7302工作面未出现任何煤自燃征兆,实现了安全回采。

关键词：边远采区综放工作面俯斜开采漏风测定煤自燃高效防控

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复合高吸水树脂制备及抑制煤自燃应用研究

煤炭技术 2023年第5期42卷 162-166页

作者：王旭师童郭英王昕魏高明王建兖矿能源有限公司山东济宁272100 西安科技大学安全学院西安710054 兖矿能源有限公司鲍店煤矿山东济宁272100

针对现有防治煤自燃材料流动性差、降温效果差、不环保等问题,制备了复合高吸水树脂(SAR)并应用于抑制煤自燃中。测定并表征其吸水性、保水性、官能团与微观形貌,采用煤自燃程序升温装置分析其阻化性能,并进行现场试验。该复合高吸水树... 详细信息

针对现有防治煤自燃材料流动性差、降温效果差、不环保等问题,制备了复合高吸水树脂(SAR)并应用于抑制煤自燃中。测定并表征其吸水性、保水性、官能团与微观形貌,采用煤自燃程序升温装置分析其阻化性能,并进行现场试验。该复合高吸水树脂具有良好的吸水性和保水性,SAR在超纯水中吸水完全溶胀后吸水倍率可达762.6 g/g,保水性最低可达74%。红外光谱与扫描电镜表明复合SAR接枝成功且具有稳定三维结构。程序升温结果表明,相比原煤样0.4wt%的复合高吸水树脂处理煤样阻化效果较好,180℃时耗氧速率、CO与CO_(2)产生率较原煤分别降低了75.7%、72.5%和79.3%。在鲍店煤矿7302综放面隅角隔离墙后应用填充,发现该材料可有效降低CO体积分数,并保持在38×10^(-6)以下。

关键词：复合高吸水树脂吸水倍率保水率煤自燃氧化指标气体

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大面积采空区煤自燃环境下气体运移规律研究

煤矿安全 2022年第9期53卷 122-128,136页

作者：张鹏宇陈晓坤赵亮魏高明王奇西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学煤火灾害防治陕西省重点实验室陕西西安710054 兖矿能源集团公司鲍店煤矿山东邹城273500

大面积采空区漏风流场复杂、漏风规律不明确,一旦发生煤自燃,将威胁矿山安全。以山东省鲍店煤矿大面积采空区为例,通过现场观测和数值模拟等方法,研究大面积采空区温度场、气体渗流场和气体浓度场等复杂流场的动态变化和耦合关系,并分... 详细信息

大面积采空区漏风流场复杂、漏风规律不明确,一旦发生煤自燃,将威胁矿山安全。以山东省鲍店煤矿大面积采空区为例,通过现场观测和数值模拟等方法,研究大面积采空区温度场、气体渗流场和气体浓度场等复杂流场的动态变化和耦合关系,并分析煤自燃高温对大面积采空区气体运移的影响。结果表明:压力是诱导大面积采空区内部气体运移的直接动力;受热浮力作用影响,气体的流动方向发生改变,采空区底部的负压区域卷吸周边O向采空区上部的高压区域运移并积聚,扩大采空区氧化升温带范围并加速煤自燃;通过控制采空区漏风源风速,可以降低大面积采空区自燃风险,同时控制采空区深部有害气体涌出。

关键词：大面积采空区煤自燃浮力效应多场耦合数值模拟