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专利号: 2025106225435
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种工作面回撤阶段采空区自燃危险区域判定方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:S1,确定工作面回撤期间综采支架后部空隙结构变化规律,以确定采空区空裂隙发育,形成漏风通道对自燃危险区域的影响;

S2,确定回撤期间综采支架后部遗煤分布规律并提取遗煤数据拟合公式,验证遗煤分布对采空区自燃危险区域的影响;

S3,通过理论模型和数值模拟推导回撤期间采空区中部、综采支架后部不放顶煤距离及综采支架顶部三个位置的空隙率公式,确定工作面放煤量减少后空隙率及分布对采空区自燃危险区域分布的影响;

S4,在采空区回撤阶段,工作面缩风;当端头工作面支架开始回撤后,顶板垮落导致全负压通风无法维持,切换为局部通风机通风,将全负压通风变为正压通风并且风量进行减小;

S5,将回撤阶段测得风速、遗煤、空隙率与氧耗参数的数据,通过UDF进行编写并导入FLUENT数值模拟软件中;

S6,通过数值模拟与现场实测结果,得出回撤阶段特殊工艺下的采空区自燃危险区域。

2.根据权利要求1所述的工作面回撤阶段采空区自燃危险区域判定方法,其特征在于,在步骤S1中,确定工作面回撤期间综采支架后部空隙结构变化规律,包括:S1.1,采用DEM数值模拟软件建立回撤期间煤层开采覆岩垮落模型;

S1.2,根据模型在推进过程中覆岩垮落结果,得到综采支架后部的空隙结构变化规律与裂隙形成发育过程以及漏风通道;

S1.3,对工作面推进的回撤阶段进行模拟,且距离停采线一段距离不放顶煤,得到不放煤与放煤空隙结构的变化规律。

3.根据权利要求1所述的工作面回撤阶段采空区自燃危险区域判定方法,其特征在于,在步骤S2中,验证遗煤分布对采空区自燃危险区域的影响,包括:S2.1,在回撤阶段,采空区内的煤岩堆积状态为煤与岩石的混合堆积,采空区中部遗煤少,综采支架后部遗煤多;

S2.2,分别对回撤阶段采空区中部遗煤与综采支架后部不放顶煤距离遗煤进行提取,用MATLAB软件拟合成数学公式生成拟合图。

4.根据权利要求3所述的工作面回撤阶段采空区自燃危险区域判定方法,其特征在于,在步骤S2.2中,用MATLAB软件拟合成数学公式生成拟合图,包括:S2.2.1,利用PFC数值模拟软件内部代码提取遗煤数据;

S2.2.2,通过origin软件对数据进行平滑处理,生成二维平面数据;

S2.2.3,将数据导入MATLAB软件进行拟合,选择二项式生成遗煤高度拟合图。

5.根据权利要求1所述的工作面回撤阶段采空区自燃危险区域判定方法,其特征在于,在步骤S3中,确定工作面放煤量减少后空隙率及分布对采空区自燃危险区域分布的影响,包括:S3.1,使用测量圆工具对采空区冒落空隙结构进行提取;

S3.2,使用测量圆对采空区遗煤进行分区域提取,其中,不放顶煤区域进行测量圆加密处理,将提取的空隙率数据拟合成公式与空隙分布图;

S3.3,将遗煤数据拟合成图。

6.根据权利要求1所述的工作面回撤阶段采空区自燃危险区域判定方法,其特征在于,在步骤S4中,切换为局部通风机通风,将全负压通风变为全正压并且风量进行减小,包括;

S4.1,工作面支架开始回撤后,切换为局部通风机通风;

S4.2,对高瓦斯易自燃煤层通风系统进行优化;

S4.3,在工作面停采后至回撤风机开启前,风量不低于原风量的一半。

7.根据权利要求1所述的工作面回撤阶段采空区自燃危险区域判定方法,其特征在于,在步骤S5中,通过UDF进行编写并导入FLUENT数值模拟软件中,包括;

S5.1,测定进风口面积与风量计算风速;

S5.2,对测得的遗煤数据进行公式拟合,计算出耗氧速率导入FLUENT;

S5.3,使用Matlab软件的cftool工具空隙率数据进行公式拟合,拟合的空隙率公式为:式中, 为空隙率, 均为常数, 分别为采空区走向,采空区倾向,为采空区高度;

S5.4,对得到空隙率数据进行拟合以判断数据的分布状态,对空隙率进行拟合,生成拟合图;

S5.5,通过误差平方和相关系数评价拟合结果的吻合程度并将数据整理,导入FLUENT。

8.根据权利要求1所述的工作面回撤阶段采空区自燃危险区域判定方法,其特征在于,在步骤S6中,通过数值模拟与现场实测结果,得出回撤阶段特殊工艺下的采空区自燃危险区域,包括:S6.1,通过建立采空区数值模拟模型,将氧耗空隙公式编入FLUENT并设置好各项参数进行数值模拟计算;

S6.2、将软件计算结果按照极限氧浓度、最小浮煤厚度、极限漏风速率进行自燃危险区与范围划定;

S6.3、采空区自燃危险区域判定公式为:

式中,为浮煤厚度,为氧浓度,为漏风速率, 为最小浮煤厚度, 为极限氧浓度, 为极限漏风速率;

S6.4、通过数值模拟结果与实测结果的验证,得出采空区自燃危险区域。

9.根据权利要求8所述的工作面回撤阶段采空区自燃危险区域判定方法,其特征在于,在步骤S6.1中,将氧耗空隙公式编入FLUENT并设置好各项参数进行数值模拟计算,包括:S6.1.1,根据实际情况采用CAD绘制采空区数值模拟模型;

S6.1.2,使用udf编写氧耗与空隙率公式代码;

S6.1.3,在FLUENT设置能量方程以及湍流模型参数。

10.一种工作面回撤阶段采空区自燃危险区域判定系统,其特征在于,该系统实施如权利要求1‑9任意一项所述工作面回撤阶段采空区自燃危险区域判定方法,该系统包括:漏风通道对自燃危险区域影响确定模块,用于确定工作面回撤期间综采支架后部空隙结构变化规律,以确定采空区空裂隙发育,形成漏风通道对自燃危险区域的影响;

遗煤分布对采空区自燃危险区域影响验证模块,用于确定回撤期间综采支架后部遗煤分布规律并提取遗煤数据拟合公式,验证遗煤分布对采空区自燃危险区域的影响;

空隙率分布对采空区自燃危险区域分布影响模块,用于通过理论模型和数值模拟推导回撤期间采空区中部、综采支架后部不放顶煤距离及综采支架顶部三个位置的空隙率公式,确定工作面放煤量减少后空隙率及分布对采空区自燃危险区域分布的影响;

局部通风机通风切换模块,用于在采空区回撤阶段,工作面缩风;当端头工作面支架开始回撤后,顶板垮落导致全负压通风无法维持,切换为局部通风机通风,将全负压通风变为正压通风并且风量进行减小;

参数导入模块,用于将回撤阶段测得风速、遗煤、空隙率与氧耗参数的数据,通过UDF进行编写并导入FLUENT数值模拟软件中;

采空区自燃危险区域识别模块,用于通过数值模拟与现场实测结果,得出回撤阶段特殊工艺下的采空区自燃危险区域。