《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; 95个
关键词; 95位
专家; 20篇
论文; 4751IP
点击量; 2292次
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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

80

7
卤盐阻化剂对煤自燃阻化作用的定量识别及机理

作者(Author)：孟祥宁, 梁运涛, 郭宝龙, 孙勇, 田富超

摘要：煤自燃灾害严重影响煤矿安全生产，卤盐阻化是防治煤自燃灾害的主要措施之一。优化阻化工艺、提高阻化效果的前提是掌握阻化剂的物理、化学阻化作用机制。为此，探究卤盐阻化剂对煤自燃的主要抑制方式，明确其物理、化学作用对煤层阻化的贡献比显得尤为重要。基于此，提出一种定量识别卤盐阻化剂阻化作用的方法。本次研究卤盐中具有代表性的MgCl2阻化剂，采用超声波清洗器多次反复冲洗阻化煤样和水洗煤样，得到水洗阻化煤样和水洗参考煤样。通过程序升温试验和红外光谱试验研究不同煤样的指标气体浓度、交叉点温度、阻化率和活性基团的变化规律，从宏微观角度研究卤盐阻化剂的物理、化学阻化作用。结果表明：水洗阻化煤样的产气浓度、交叉点温度、阻化率和活性基团含量明显低于原煤样，却高于阻化煤样，这说明MgCl2阻化剂对煤自燃起到协同抑制作用，具有物理化学双重阻化效果。煤氧化反应前期，物理阻化作用大于化学阻化作用，煤氧化反应后期，化学阻化作用占主导地位，明显高于物理阻化作用。MgCl2的化学抑制作用体现在能与煤中活性物质反应生成比较稳定的物质(ROCl)和镁络合物(Mg(OH)Cl)，使得煤的活性下降，从而降低了煤的自热风险。MgCl2阻化剂物理、化学阻化作用对平庄褐煤的贡献比分别为56.37%和43.63%，对同忻烟煤的贡献比为57.91%和42.09%，对白芨沟无烟煤的贡献比为59.60%和40.40%。随着煤样变质程度的增加，物理阻化作用贡献比增加，化学阻化作用贡献比减小，平庄褐煤的化学阻化作用是白芨沟无烟煤的1.08倍。该研究有助于丰富卤盐阻化剂的阻化机理，并为优化防灭火工艺提供理论指导。

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煤炭科学技术

2024年第06期

127

6
高温高压条件下含瓦斯煤解吸−自燃演化特性研究

作者(Author)：田富超, 李振榕, 李帅魁, 苏嘉豪, 刘香兰, 姜文忠

摘要：随着矿井开拓水平的延深，煤岩赋存环境呈现出高瓦斯压力、高地温特征，而温度、压力是影响含瓦斯煤吸附−解吸−氧化特性的重要因素。为了探究高温高压下遗煤中瓦斯解吸特征及自燃特性的变化，选用高瓦斯易自燃矿井不同埋深的煤样作为试验对象，设计不同温度和压力下煤中甲烷解吸的正交试验，并对原煤样和解吸煤样进行孔隙及表面积测试、TG-FTIR联用、程序升温试验。结果表明：在整个解吸试验过程中，温度的抑制都显著大于压力的促进作用；高温高压环境主要改变了煤中的微孔结构，致使煤体的比表面积和总孔容都出现增加；解吸后，标高320 m和标高343 m煤样的温度突变点提前了8.7%和4.9%，同时虽然煤中的官能团种类相同，但含量出现了不同程度的降低；标高320 m和标高343 m解吸煤样和原煤样CO生成的交叉温度点分别为78 ℃和74 ℃，C2H4、C2H6的浓度始终低于原煤样；同时解吸煤样的耗氧量在相同煤温下出现了下降，在170 ℃时差距最大，标高320 m和标高343 m解吸前后煤样的氧气含量为9.3%、13.1%和10.3%、14.3%，两者的耗氧量最大相差42.3%、41.2%。综合分析表明，煤体经过高温、高压解吸后煤样在氧化初期更易自燃，产生更多的CO，可以选择CO作为指标气体，而在高温阶段反应剧烈程度有所降低。此外推导出了煤中甲烷解吸对采空区气体环境的实时变化公式，并以1304综采工作面为模型，对“高瓦斯压力、高地温”特征下采空区遗煤中瓦斯解吸影响下的“氧化带”区域进行了更细致的划分，将范围缩小了63.5%。研究成果可为高瓦斯易自燃煤层瓦斯与火耦合灾害防控提供基础支撑。

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煤炭科学技术

2024年第07期

105

7
融合地表温度与形变的地下煤火多源遥感识别研究

作者(Author)：于灏, 张豪磊, 张子彦, 邵振鲁, 赵宏峰, 闫世勇

摘要：地下煤火隐蔽性强且危害大，不仅破坏植被及生态环境，造成严重大气污染，且易诱发地质灾害，威胁周边人们群众的生命财产安全以及煤炭的安全生产，因此开展地下煤火灾害的准确识别与监测具有重要意义。为了解决单一遥感手段难以准确识别地下煤火的问题，基于2017—2019年的多景Landsat-8影像和Sentinel-1 A影像，利用普适性单通道算法和DS–InSAR（Distributed Scatterer Interferometry Synthetic Aperture Radar）技术分别获取了水西沟煤田长时序地表温度与形变分布信息，在此基础上基于阈值分割与时空耦合叠加分析等方法开展了融合地表温度与形变的地下煤火多源遥感识别研究。结果表明：地表长时序温度和形变时空协同分析可以有效克服非煤火高温或形变等复杂异常信号产生的影响，凸显了地下煤火信号在地表温度与形变2个维度中的响应特征。而且，地下煤火区地表温度异常与形变异常空间分布形态存在细微差异，其中形变异常得益于SAR影像分辨率和外界干扰因素较少等条件，其对地下煤火识别的指示作用更强，而基于温度异常正确识别的煤火区域范围则与实勘煤火边界具备更好的空间一致性。另外，地下煤火灾害的温度与形变峰值空间位置存在一定偏移，但在时间维度上2者响应具有明显的一致性，表现为稳定的异常高温与持续沉降。可见，与单一遥感手段相比，融合2者的方法能够更加准确地识别地下煤火区，为地下煤火灾害的广域普查和及时防治提供良好的技术方法支撑。

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2024年第07期

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