“矿井智能通风与防灭火技术”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“矿井智能通风与防灭火技术”专题

来源：工矿自动化

专题来源于《工矿自动化》2021年第9期。2020年1月7日全国煤矿安全生产工作会议指出“一通三防”工作薄弱问题亟待解决，要求强化风险意识，完善安全预防控制体系，推进矿井智能化建设。2020年2月25日，国家发展改革委、国家能源局、应急管理部等八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确将矿井通风与安全保障纳入煤矿智能化建设的重点。在矿井智能化高效生产体系升级过程中，采掘接替加快，内外因火灾风险提高，防灭火技术亟需创新发展。为交流共享矿井智能通风与防灭火技术在重大科学问题、关键技术装备、工程应用等方面取得的最新科技成果，推动矿井智能通风与防灭火技术体系的发展，保障矿山安全高效生产，《工矿自动化》编辑部特邀中国矿业大学秦波涛教授担任客座主编，仲晓星教授、王凯教授担任客座副主编，在2021年第9期组织出版“矿井智能通风与防灭火技术”专题。

行业视野: 安全
类别; 101个
关键词; 72位
专家; 16篇
论文; 5351IP
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煤低温氧化动力学参数测试方法对比研究

作者(Author)：候飞, 曹威虎, 王艺, 仲晓星

摘要：针对现有研究缺乏对不同煤低温氧化动力学参数测试方法的对比分析，采用Coats-Redfern法、q/m法及Starink等转化率法3种测试方法分别计算煤低温氧化动力学参数，并以煤氧化自热反应时间和自燃临界堆积厚度作为对比参量比较3种方法的准确性。通过绝热氧化装置和同步热分析仪进行了煤样在纯氧和贫氧条件下的绝热氧化实验、多升温速率实验和恒温实验。根据热分析实验结果，分别采用3种方法计算煤低温氧化动力学参数。依据获得的动力学参数计算煤氧化自热反应时间和自燃临界堆积厚度。将计算结果与实测的煤氧化自热反应时间和采空区实际遗煤厚度进行对比，评价3种方法的准确性。实验结果表明：① 通过绝热氧化实验实测的煤氧化自热温度变化率随时间的推移均逐渐增大；采用Coats-Redfern法计算得到的温度在0~8 h(q/m法为0~10 h)内几乎不发生变化，超过这一时间段后温度迅速升高；采用Starink等转化率法获得的温度变化趋势与绝热氧化实验实测结果类似。② 采空区实际遗煤厚度大于Coats-Redfern法计算得到的临界堆积厚度；采用q/m法获得的临界堆积厚度超过了该工作面所在煤层厚度，与实际明显不符；采用Starink等转化率法获得的计算结果与实际较为接近。③ 采用Starink等转化率法获得的预测结果与实测结果更为接近，表明Starink等转化率法得到的煤低温氧化动力学参数较其他2种测试方法更为准确。

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工矿自动化

2021年第09期

259

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矿井火灾环境信息动态感知与应急隔离系统

作者(Author)：肖国强, 范新丽, 马砺, 骆伟, 吴明明

摘要：火灾区域隔离是有效控制火灾发展和蔓延的主要方法，能够切断次生事故的反应链，缩小火灾影响范围。针对常用的火灾密闭隔离措施无法对密闭环境进行实时动态监测及预报的问题，设计了矿井火灾环境信息动态感知与应急隔离系统。在预先判定的危险区域布置监测节点，通过多参数传感器和红外摄像仪对多个测点的环境信息进行同步采集并传输至地面监控平台。当监测到异常数据时，系统报警并通过远程控制方式控制密闭隔离装置开启，实现密闭囊袋充填，囊袋通过预设滑轨传动系统从存储仓扩展至整个断面，实现应急密闭隔离。通过高精度压力传感器对囊袋内部气压进行实时监测，当囊袋内部压力低于安全阈值范围下限时，启动囊袋自动补气装置，为囊袋补充气量；当内部压力达到设定阈值上限时，自动停止充气，以提升密闭效果。现场试验结果表明，该系统实现了火灾环境参数实时采集和报警、密闭隔离装置远程控制等功能，密闭囊袋可在5 min内完成开启，停止充气后，囊袋内部压力基本保持稳定，满足现场应用要求。

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工矿自动化

2021年第09期

247

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矿井通风系统健康评价研究

作者(Author)：任子晖, 陈泽彭, 吴新忠, 钱晓喻, 李昂

摘要：现有的矿井通风系统健康评价方法大多采用常权指标，评价结果易与实际背离，无法反映系统真实状态，同时选取的指标较多，各指标权重较低，导致部分指标异常对系统整体健康程度的影响难以发现。基于矿井通风系统实际运行状况及健康评价要求，选取21项影响因素作为健康评价指标，构建矿井通风系统健康评价指标体系；综合运用模糊综合评价法、层次分析法、变权理论，对矿井通风系统进行健康评价，即通过层次分析法确定评价指标权重，采用基于隶属度的Hardarmard乘积变权模型对指标权重进行变权计算，基于模糊综合评价法的最大隶属度评定准则确定矿井通风系统健康度。采用该方法对某煤矿通风系统健康度进行评价，结果表明该方法的评价结果与实际情况相符，与基于常权的评价方法相比，可根据实际情况调整评价指标权重，使评价结果更加客观，且放大了不健康指标的影响，突出系统安全隐患，易引起相关人员重视。

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工矿自动化

2021年第09期

257

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基于FCE—AHP的矿井通风质量动态评价

作者(Author)：靳红梅, 党琪, 李洪安, 李占利

摘要：现有矿井通风系统评价方法是从矿井通风系统全局视角出发，对其进行整体性的评价，所得出的评价结论是静态的、综合性的，无法精准定位出矿井中用风范围内的通风情况并发现其存在的问题，也不能实时反映当前时刻的通风质量状态。针对上述问题，建立了基于模糊综合评价法-层次分析法（FCE-AHP）的矿井通风质量动态评价模型，用以对煤矿的通风质量进行实时评价。首先根据矿井通风需求和作用将通风区域划分为进风区段、回风区段、采煤工作面、掘进工作面、硐室5个区域，根据每一种用风区域类型确定其对应的评价指标体系；然后根据评价指标体系获取对应测风点传感器实时监测到的数据，利用AHP确定各区域的评价指标权重，通过柯西分布隶属函数计算实时监测数据所属评价级别的隶属度；最后应用FCE计算评级权重，通过置信度识别原则确定区域通风质量级别，完成各区域通风质量的动态评价。以东滩煤矿南翼回风巷为例，通过FCE-AHP模型对其通风质量进行了实时评价，评价结果显示其通风质量良好，与实际情况相符，证明了该模型的可靠性。该模型可依据实时监测到的数据对煤矿不同通风区域的通风质量进行实时评价，确定煤矿通风质量的安全级别，进而实现对矿井通风质量的综合评价，为改善煤矿通风系统质量提供依据。

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工矿自动化

2021年第09期

225

84
高温热源表面点燃甲烷和煤尘实验研究

作者(Author)：王毅, 王海燕, 张雷, 胡浪

摘要：煤矿采空区煤自燃高温区域可能导致甲烷/煤尘爆炸，有必要开展煤自燃诱发瓦斯/煤尘爆炸的研究。目前基于电火花诱发方式对瓦斯/煤尘爆炸特性的研究不能充分反映采空区内煤自燃诱发瓦斯/煤尘爆炸的特性，针对该问题，利用自主研制的40 L气体爆炸设备研究在高温热源表面点火方式下甲烷/煤尘爆炸特性。结果表明：① 通过高温热源表面点火方式得到的甲烷/煤尘爆炸过程与甲烷/空气爆炸程度一致，均可分为3个阶段。② 甲烷/煤尘的3个爆炸参数(爆炸压力、压力上升速率和爆炸温度)随甲烷浓度的变化规律一致，即先随着甲烷浓度的增加而升高，达到峰值后随甲烷浓度的增加而降低；当甲烷浓度小于转折浓度时，甲烷/煤尘的3个爆炸参数分别大于甲烷/空气相对应的爆炸参数；当甲烷浓度大于转折浓度时，甲烷/煤尘的3个爆炸参数分别小于甲烷/空气相对应的爆炸参数；由于煤尘的加入，甲烷/空气的3个爆炸参数的转折体积分数由11.5%分别降至9.5%，10.5%和9.5%，峰值分别增加了0.8%，6.9%和0.8%，且规律性下降。③ 由于点火方式不同，爆炸温度的变化规律不同：电火花引爆甲烷/煤尘后爆炸温度在下降阶段(Ⅲ阶段)再次出现升高的现象；高温热源表面引爆甲烷/煤尘后爆炸温度变化规律与未加入煤尘时保持一致。④ 对煤尘点燃温度预测函数进行了修正，修正后的拟合优度提高了20.05%；结合实验数据得到了煤尘在高温热源表面点火方式下的点燃温度预测函数。

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工矿自动化

2021年第09期

420

174
热—应力耦合作用下不同粒径煤自燃氧化升温特性

作者(Author)：刘泽健, 徐永亮, 吕志广, 吴晋东, 李敏杰

摘要：现有研究未考虑采空区中不同粒径煤会受到垮落煤岩和遗留煤柱产生的轴向应力的作用，致使煤的渗透率、裂隙结构等参数发生较大改变，进而影响煤自燃氧化升温进程。为研究热-应力耦合作用下不同粒径煤自燃氧化升温特性，利用荷载加压煤自燃特性参数测定装置和气相色谱仪，测定不同粒径煤的升温速率、耗氧速率和产热速率变化规律。实验结果表明：① 不同粒径煤样在不同单轴应力下的升温速率随温度升高变化趋势具有一致性，整体上均呈先增高后降低趋势。当单轴应力为2，4，6，8 MPa时，随着煤样粒径增大，最大升温速率呈先增高后降低趋势；当单轴应力为10 MPa时，煤样最大升温速率随粒径增大而增高。② 不同粒径煤样在升温过程中耗氧速率呈先快速增大后缓慢增大趋势；不同粒径煤样耗氧速率总体上均随单轴应力升高呈增大趋势。③ 不同粒径煤样在升温过程中产热速率整体呈先基本保持平稳再增大后减小趋势；随着煤样粒径增大，在适当的单轴应力作用下煤样最大产热速率会大于未施加单轴应力时。

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2021年第09期

310

110
重力热管布置方式对煤堆高温点的影响研究

作者(Author)：殷鹏程, 田兆君, 鲁义, 张胜媛, 欧艳萍, 孙凯, 杨轶涵

摘要：现有研究已得出重力热管的数量、插入深度和角度、充液率、工质液等会影响煤堆内部温度场的分布，但对重力热管在煤堆中的最佳布置方式的研究较少。针对上述问题，基于重力热管传热理论模型，将热源等效为球体，通过数值模拟和实验相结合的方式，分析重力热管布置方式对煤堆高温点的影响，并得出重力热管的最佳布置方式。基于Comsol软件的数值模拟结果表明：重力热管插入深度对煤堆内部高温热源点温度的影响大于重力热管插入倾角的影响；在相同角度下，重力热管布置深度越大越好，即距离热源越近越好；在相同深度下，重力热管布置角度为60，90，45，30°时，降温幅度依次递减；当重力热管插入深度为60 cm、插入倾角为60°时，最高降温幅度达到61.2 ℃，煤堆降温效果最好。基于储煤堆移热实验台的实验结果表明：重力热管最佳布置方式与仿真结果一致，降温速率整体趋势与模拟结果相似；随着倾角增加，热管降温速率先减小后增加，热管插入倾角到达60°时，降温速率达到最大值。

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2021年第09期

235

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惰气驱替不同粒径煤体中氧气的实验研究

作者(Author)：方熙杨, 姚海飞

摘要：为揭示不同惰气预防煤自燃的效果及阻燃规律，通过开展惰气等温动态驱替不同粒径煤体中氧气实验，分析了He，N2，CO2驱替出氧气浓度、驱替时间、驱替量及驱替速率等表征驱替过程的参数。实验结果表明：① 惰气驱替出的氧气浓度变化可划分为3个阶段。首先，惰气驱替出的是气体检测仪内管路中的氧气，体积分数为21%左右；然后，惰气驱替出煤样罐中游离态和部分吸附态氧气，氧气浓度保持平稳；最后，惰气已经全部驱替出煤样罐中游离态氧气，氧气浓度呈负指数变化。② 不同惰气驱替煤体中氧气的时间总体上随着粒径增大而下降；CO2驱替氧气的总时间最长，He次之，N2最短。③ 对于同一粒径，氧气驱替量呈现出明显的拐点，拐点出现前氧气驱替量基本上呈线性增加，拐点出现后氧气驱替量随时间增加缓慢增加并最终保持平稳；不同惰气作用下氧气累计驱替量均随着粒径增大而减少，CO2对氧气的累计驱替量最大，He次之，N2最小。④ 不同惰气作用下氧气驱替速率均呈先紊乱后稳定下降的特征，其中CO2驱替氧气的速率紊乱阶段尤为明显；在氧气驱替速率稳定下降阶段，同一时间内氧气驱替速率随着粒径增大基本上呈减小趋势。

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2021年第09期

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