《煤炭科学技术》“矿井防灭火” | 虚拟专题

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《煤炭科学技术》“矿井防灭火” | 虚拟专题

来源：煤炭科学技术

本专题收录了《煤炭科学技术》2023年至今发表的“矿井防灭火”领域的部分文章，希望推进我国煤矿防灭火前沿研究，为矿井防灭火提供关键信息。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 90个
关键词; 91位
专家; 19篇
论文; 4873IP
点击量; 2318次
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钱家营烟煤中CO、CO2和O2竞争吸附特性研究

作者(Author)：董轩萌, 郭立稳, 董宪伟, 王福生

摘要：为明晰煤与CO、CO2、O2之间的吸附规律，研究CO与CO2、O2在煤中的竞争关系，以钱家营烟煤为研究对象，基于傅里叶变换红外光谱（FTIR）的试验结果，通过定量分析和分子单元参数构建的方法，构建钱家营烟煤分子晶胞结构（C1160H860O80N20），为验证构建模型的准确性，利用量子化学计算模拟分子的红外光谱，计算结果与试验结果基本吻合。在此基础上，采用巨正则蒙特卡罗和分子动力学方法，研究压力（0−16 MPa）、温度（20−60 ℃）对煤吸附CO、CO2、O2的影响。研究结果表明：拟合的等温吸附曲线符合Langmuir方程，在相同压力下，温度越高，CO、CO2、O2吸附能力越弱，在相同温度下，煤层埋深压力与吸附量之间呈正相关趋势，单一气体CO、CO2和O2的吸附量为CO2>O2>CO，且CO2率先达到饱和吸附状态；二元组分气体的竞争吸附结果显示，在低压或浅埋深煤层，CO2/CO的吸附选择性有明显优势，随压力变化，O2/CO的吸附选择性变化不明显。CO2的竞争吸附能力大于CO，随CO物质的量分数增加，CO2的吸附量减少；在CO与O2物质的量之比≤1时，O2的竞争吸附量大于CO，而CO物质的量远大于O2时，CO的吸附量大于O2，所以CO物质的量分数越高，对CO2和O2的吸附能力起到抑制作用。在CO异常浓度较高的烟煤煤层，利用注射CO2控制灭火的效果不显著，所以还应控制工作面漏风量，以防CO脱附煤体，保证井下CO浓度在规定允许范围。

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煤炭科学技术

2023年第06期

289

95
CMC/ZrCit/GDL防灭火凝胶泡沫的制备及特性研究

作者(Author)：王毅泽, 董凯丽, 张玉龙, 董智宇, 王俊峰

摘要：为防治煤自燃，采用羧甲基纤维素钠(CMC)、柠檬酸锆(ZrCit)、葡萄糖酸−δ−内酯(GDL)和复配发泡剂按一定比例配制出一种新型煤自燃凝胶泡沫防灭火材料。对制备出的凝胶泡沫分别进行了热稳定性、渗透性、黏结性的基础性能测试，通过热重试验研究了经凝胶泡沫处理后的煤样对比原煤样在升温过程中质量及热量的影响，通过程序升温试验中煤自燃指标性气体CO浓度的变化，对凝胶泡沫的阻化性能进行考察，综合试验结果分析了凝胶泡沫的阻燃机理。试验结果表明：以高价态Zr4+为金属交联剂的凝胶泡沫结构稳定，可明显增强凝胶泡沫的热稳定性和保水性，使热重分析中煤升温氧化热失重量明显降低，最大放热功率降低了19.9%，同时使程序升温试验中煤氧复合的耗氧速率、CO的产生率降低，说明该新型凝胶泡沫能够从物理和化学反应途径有效抑制煤自燃。

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煤炭科学技术

2023年第06期

317

83
正压通风对浅埋煤层漏风影响及漏风综合治理技术研究

作者(Author)：李健威

摘要：浅埋近距离煤层群受采动影响大，采煤工作面普遍存在漏风维度多、漏风通道互联导通的现象，在正压或负压通风的作用下，易在漏风通道两端形成较大漏风压差，导致工作面漏风量增加，采空区“三带”范围延长，自然发火危险性增大。以典型正压通风矿井大柳塔煤矿活鸡兔井12煤为研究对象，分析得出正压通风条件下浅埋煤层的漏风影响因素主要表现为：采动裂隙构成的漏风通道、正压通风形成的漏风压差、通风方式及自然风压作用，考察正在回采的12下203综放工作面的漏风现状及漏风方式，总结得出工作面的漏风主要表现为：地表塌陷裂隙漏风、工作面切眼与两巷漏风及采空区漏风。基于此，提出全方位多覆盖立体式漏风治理技术，该技术以优化通风系统为基础，以巷道煤岩裂隙注浆、喷浆技术、保护煤柱漏风控制技术、工作面采空区端头漏风控制技术为保障，以局部正压漏风控制技术、水力冲缝堵漏技术、充填钻孔堵漏技术为强化手段，从基础优化、中间保障到末端治理为理念，全方位多覆盖立体式治理漏风。并在12下203综放工作面实际应用，将12下203综放工作面漏风量由初采期间的55～70 m3/min降低至6～20 m3/min，综合降低幅度达80.3%，证实此技术能有效治理漏风，可为相似矿井的漏风治理提供技术参考。

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煤炭科学技术

2023年第10期

160

64
矿井火灾智能监测预警技术近20年研究进展及展望

作者(Author)：邓军, 李鑫, 王凯, 王伟峰, 闫军, 汤宗情, 康付如, 任帅京

摘要：为加强矿井火灾智能监测预警系统建设，提出了矿井火灾智能监测预警技术研究思路，从矿井火灾智能感知技术及装备、预测技术及模型、智能预警系统及平台3方面综述了矿井火灾智能监测预警技术研究进展。首先，总结了内外因火灾信息监测技术及装备，归纳了基于图像视频识别的识别流程，阐述了多源信息融合在火灾监测过程中的应用情况。其次，介绍了矿井火灾的预测技术及模型，包括支持向量机、人工神经网络、随机森林算法等机器学习算法。然后，阐述了矿井火灾预警系统及平台：在总结矿井煤自燃和外因火灾分级预警技术的基础上，介绍了矿井火灾预警系统平台的感知层、网络层、服务融合层以及应用层方面的进展内容；归纳了预警系统各层的内涵及应用框架；搭建了矿井火灾智能监测预警系统。最后，展望了我国矿井火灾智能监测预警技术的未来发展趋势，具体包括：在矿井火灾信息智能感知技术方面，提出加强传感技术及装备研发；在矿井火灾智能预测技术方面，提出加强隐蔽火源的位置探寻方法研究，构建火灾灾害透明化模型；在矿井火灾智能预警系统建设方面，提出将大数据融入智能判识，查明矿井火灾风险源及隐蔽火源位置的预报，实现特殊条件下煤自燃的预警。在矿井火灾智能判识与防控技术联动方面，提出利用大型语言模型在智能判识的基础上实现对矿井火灾的自适应防控。

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煤炭科学技术

2024年第01期

359

83
矿井智能通风与关键技术研究

作者(Author)：张浪, 刘彦青

摘要：为使智能通风系统建设更加有序、可控，提出了矿井智能通风流程环节，将矿井智能通风流程按照生产环节划分为6个板块，即感知监测、分析诊断、智能决策、方案审批、远程集控联控、执行反馈，共包含24个具体环节，建立了各个环节输入输出要素和环节之间的功能逻辑关系。按照“矿井通风系统整体规划+采掘用风区域重点细化”思路，提出了矿井全系统智能通风应用场景实现方案和采煤工作面与掘进工作面2个细化的智能通风应用场景实现方案，将矿井智能通风各个具体环节融入具体的应用场景中。为实现智能通风应用场景，基于逻辑分层思想优化了矿井智能通风系统整体架构，规划了由硬件驱动层、功能模块层、计算处理层、数据存储层、数据采集层构成的矿井智能通风管控平台。针对通风感知监测、分析诊断、智能决策、远程集控联控4个矿井智能通风关键板块中涉及的风量风速监测感知、通风阻力在线监测、全风网风量风压解算、灾源判识和灾变定位、矿井动态需风量计算、通风系统故障诊断、风量按需调控方案决策、应急控风方案决策、无人化远程控风、无人化应急控风10个关键环节，总结分析了目前各个关键环节关键技术现状，提出了各个关键环节关键技术实现路径，通过关键技术迭代升级，最终实现矿井通风系统全生命周期内时刻处于稳定可靠、安全可控、高效节能、应急降灾的运行状态。

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煤炭科学技术

2024年第01期

383

74
防治煤自燃的高堆积固化泡沫的制备及应用

作者(Author)：胡相明, 王凯, 薛迪, 孙公正

摘要：漏风是引发矿井煤自燃的重要原因，而煤自燃火灾影响了矿井的正常生产。为解决传统无机固化泡沫(TISF)在充填堵漏过程中存在胶凝时间长、堆积能力弱的问题，提出经液态硅酸钠(LSS)改性制备的速凝无机固化泡沫(RISF)。研究了不同掺量的LSS对泡沫浆液胶凝时间、堆积能力等性能的影响规律，采用抗压强度、稳定性测试等表征手段，确定了LSS的最优添加量为5%(质量分数)，RISF的28 d抗压强度达2.49 MPa，是TISF的1.7倍，最大密度比R为1.11，稳定性提升20%左右；胶凝时间和堆积能力的测试结果表明，与TISF相比，RISF的凝结时间大幅缩短(从683 s缩短到52 s)，堆积能力提升(最大堆积高度提高1.9倍)。基于此，结合扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对RISF的速凝固化机理进行了探究。试验结果表明，RISF具有更多的水化产物且不同的水化产物紧密交织，颗粒水化过程中，LSS水解生成原硅酸根与溶液中的钙离子结合，加快水化反应，缩短了泡沫浆液的胶凝时间。但也发现，当LSS添加量超过5%时，RISF的抗压强度降低，稳定性下降，这主要是因为过量的LSS使溶液中的钙硅比例低于1.0，导致生成了低强度的水化产物。堵漏风试验和灭火试验结果表明，与TISF相比，RISF具有较高的堵漏效率和优良的防灭火性能，堵漏效率最高提升26.3%，并且在扑灭煤火时未出现复燃。RISF在利民煤矿矸石山的现场应用表明，其具有良好的降温灭火效果，有效解决了矸石山的高温难题，确保了矿井的正常生产。

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煤炭科学技术

2024年第02期

119

16
卤代烷气体灭火剂促进−抑制瓦斯燃爆特性试验

作者(Author)：王涛, 董哲, 盛禹淮, 南凡, 杨哲, 杨鹏, 孟帆, 罗振敏

摘要：瓦斯爆炸是严重威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，开发高效的瓦斯抑爆技术可有效提升瓦斯爆炸事故防控水平，而其重点在于抑爆材料的作用性能。为系统研究典型卤代烷气体灭火剂对瓦斯爆炸的作用效果，采用试验测试和理论分析相结合的方法，系统研究了七氟丙烷（C3HF7）、六氟丙烷（C3H2F6）和三氟甲烷（CHF3）等典型卤代烷气体对甲烷燃爆特性的影响，分别利用20 L球形爆炸装置和自研本生灯层流火焰传播速度系统测试了卤代烷对甲烷爆炸压力参数和层流燃烧速度的作用效果。得到了爆炸压力峰值、最大升压速率、层流燃烧速度等特征参数变化规律和层流火焰形貌演化特性。结果表明：富氧工况下卤代烷随添加体积分数的增大而对甲烷燃爆过程表现出明显的促进−抑制双重作用。在化学当量条件下，仅C3HF7对甲烷爆炸压力峰值、最大升压速率有先促进后抑制的作用，CHF3和C3H2F6均表现出抑制作用；3种卤代烷气体对甲烷层流燃烧速度均表现出抑制作用。在贫氧工况中，3种卤代烷气体对甲烷的爆炸压力峰值，最大升压速率和层流燃烧速度均表现出抑制作用。整体而言，C3H2F6和C3HF7对甲烷爆炸压力特征参数和层流燃烧速度的抑制效果优于CHF3。理论分析结果显示，富氧工况下卤代烷随掺混体积分数的增大而表现出的促进−抑制双重作用，可归因于其对体系反应过程中热释放特性的提升与其主要含F中间产物对H、O和OH等关键自由基的抑制之间的竞争结果。研究结果为瓦斯爆炸防治相关理论研究和技术开发提供一定的理论依据。

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煤炭科学技术

2024年第04期

104

13
煤矸石山斜坡面矸石散体的空气渗流特性研究

作者(Author)：王文才, 王鹏, 吴周康, 李扬康, 杨少晨

摘要：煤矸石山斜坡面矸石散体的颗粒偏析现象对其渗透特性有重要影响。为了研究斜坡面的空气渗流特性，基于自主设计的室内渗透率测定装置，结合散体岩土力学理论、通风理论及FLUENT数值模拟，研究了煤矸石山斜坡面不同高度不同深度处矸石散体孔隙率与渗透率的整体分布规律及空气渗流和温度分布特征，并通过现场实测进行验证。结果表明：在研究预设条件下，矸石山斜坡面浅部的孔隙率和渗透率分布特征受到颗粒偏析现象的显著影响，随着高度与深度增大，呈现出非线性负指数衰减规律；随着斜坡面矸石散体的粒径增大，其孔隙率也呈增大趋势，并且其增速逐渐放缓；矸石山顶部覆盖黄土层，导致渗流速度缓慢，氧气质量浓度较低，不利于氧化放热反应的进行，底部孔隙率较大风速过快，积热条件不佳，因此高温区域位于矸石山中上部距坡面2～3 m处，最高可达780 K；风速场在热风压与外界风压的共同影响下，最高风速位于中上部近坡面处，可达0.06 m/s。此外，沿矸石山X方向和Z方向深入，渗流速度与氧气浓度下降速率逐渐减小；整体而言，矸石山斜坡面孔隙率的分布是影响矸石山内部空气渗流特性的一个极为重要的因素。通过对矸石山风速氧气以及温度场的研究，将矸石山大致划分为表层冷却区、聚热易燃区以及内部低温区。研究成果可为我国干燥多风的中西部矿区煤矸石山自燃火区的准确预测和判定提供基础参考。

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煤炭科学技术

2024年第05期

88

7