采空区煤自燃与瓦斯复合灾害防控研究进展及挑战 被引量：18

1

作者 秦波涛 马东 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期392-408,共17页

采空区煤自燃与瓦斯复合灾害是煤矿最严重的灾害之一,往往会造成重大的人员伤亡和经济损失。为了进一步提高防控采空区复合灾害的能力,分析了采空区的漏风、瓦斯运移集聚和煤自燃火灾是发生煤自燃与瓦斯复合灾害的主要形成要素,指出了... 采空区煤自燃与瓦斯复合灾害是煤矿最严重的灾害之一,往往会造成重大的人员伤亡和经济损失。为了进一步提高防控采空区复合灾害的能力,分析了采空区的漏风、瓦斯运移集聚和煤自燃火灾是发生煤自燃与瓦斯复合灾害的主要形成要素,指出了复合灾害具有耦合性、隐蔽性、不确定性、动态性、继发性和严重性的主要特征;提出了复合灾害防控技术体系,系统阐述了目前我国在煤自燃与瓦斯复合灾害动态演化特性、复合灾害辨识与预警技术、采空区绿色高效防灭火技术、复合灾害惰化抑爆技术和复合灾害应急处置技术等方面的最新研究成果及进展。但是,随着我国煤矿开采深度和强度的增大,开采环境发生剧烈变化,采空区复合灾害问题也日趋严重复杂,采空区煤自燃诱发瓦斯爆炸的重特大事故仍时有发生。针对采空区煤自燃与瓦斯复合灾害高效防控的迫切需求,通过分析最近发生的采空区煤自燃与瓦斯复合灾害事故,凝练出复合灾害耦合致灾风险的精准预判与评估、复合灾害信息的精准获取、封闭区域的合理选择、灾害区域的精准定位和智能定向处置是当前复合灾害高效防控面临的四大挑战,并提出了相应的研究方向和内容,为防范与遏制采空区煤自燃与瓦斯复合灾害事故、保障我国煤炭安全高效开采提供借鉴。 展开更多

关键词 采空区 复合灾害 煤炭自燃 瓦斯爆炸 灾害防控

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煤矿采空区火与瓦斯复合灾害实验系统设计

2

作者 宋双林 闫树福 +3 位作者 刘磊 蒋爽 孙勇 詹远 《工矿自动化》 北大核心 2025年第9期106-114,共9页

相似模拟实验可较直观再现采空区火与瓦斯复合灾害的形成与演化过程,但现有实验平台存在相似比例确定缺少理论依据、几何尺寸较小和系统结构简单等问题,难以真实还原井下采空区的复杂环境特征。针对该问题,介绍了采场相似物理模型设计原... 相似模拟实验可较直观再现采空区火与瓦斯复合灾害的形成与演化过程,但现有实验平台存在相似比例确定缺少理论依据、几何尺寸较小和系统结构简单等问题,难以真实还原井下采空区的复杂环境特征。针对该问题,介绍了采场相似物理模型设计原理,基于采空区质量守恒、动量守恒、能量守恒及浓度方程,应用相似性原理,推导并量化了相似实验台各物理参数比例关系。设计了采空区火与瓦斯复合灾害相似实验系统,该系统主要包括采场相似物理模型、煤自燃模拟、可燃气体模拟、气体信息实时采集分析和火与瓦斯复合灾害反演分析等核心单元:采场相似物理模型为系统的基础载体,煤自燃模拟单元模拟煤自燃过程,可燃气体模拟单元构建采空区气体环境,气体信息实时采集分析单元分析物理模型内气体信息变化情况,火与瓦斯复合灾害反演分析单元实现采空区煤自燃-瓦斯积聚-爆炸耦合致灾全过程模拟与反演分析。对比分析结果表明,该系统可在确保几何相似性的前提下,实现实验环境的灵活配置,较现有系统在模拟功能、相似性、参数控制、操作便捷性和实验结果可靠性等方面具有显著优势。 展开更多

关键词 采空区 火与瓦斯复合灾害 相似模拟实验 采场相似物理模型 相似变换 比例关系

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浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区特征及其治理技术 被引量：6

3

作者 汪北方 吕元昊 张晶 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期41-52,共12页

神东矿区浅埋近距离煤层开采覆岩裂隙发育,漏风条件复杂,遗煤自燃隐患突出,严重制约矿井安全、高效生产。为此,采用相似试验和数值模拟划定浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区,运用分形几何理论量化分区裂隙,基于“关键层理论”分析裂隙分... 神东矿区浅埋近距离煤层开采覆岩裂隙发育,漏风条件复杂,遗煤自燃隐患突出,严重制约矿井安全、高效生产。为此,采用相似试验和数值模拟划定浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区,运用分形几何理论量化分区裂隙,基于“关键层理论”分析裂隙分区诱因并针对性提出治理技术方案。结果表明:31114工作面开采覆岩裂隙循环张开、闭合,地表滞后工作面周期性产生倾向动态裂缝。浅埋复合采空区覆岩裂隙呈“M”状分布,划为垮落带不规则裂隙区Ⅰ,裂隙带斜向破断裂隙区Ⅱ、Ⅲ和斜向离层裂隙区Ⅳ,地表边界内侧形成边缘裂缝。其中,裂隙区Ⅰ空隙发育、分布复杂,裂隙网络分形维数最大为1.569,裂隙区Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分形维数依次为1.531、1.396和1.438。建立浅埋复合采空区覆岩关键岩块“砌体梁”结构力学模型及失稳判据,阐释覆岩基本顶关键层“砌体梁”结构回转变形失稳导致裂隙区Ⅱ和Ⅲ斜向破断裂隙张开,基本顶关键层和层间关键层“砌体梁”结构组合承载作用致使裂隙区Ⅳ斜向离层裂隙发育。提出浅埋复合采空区覆岩斜向裂隙和地表裂缝井上、下协同治理技术,增加工作面进、出上覆采空区和末采阶段推进速度至14 m/d,辅以裂隙区Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ及边界地表回填风积沙、覆盖黄土。SF6示踪技术测试表明浅埋复合采空区地表漏风量小,覆岩采动裂隙治理效果良好,为遗煤自然发火防治提供重要理论参考依据。 展开更多

关键词 浅埋复合采空区 裂隙分区 分形几何理论 “砌体梁”结构 裂隙治理

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浅埋煤层复合采空区自燃“三带”动态演化规律和火灾防控 被引量：3

4

作者 王建国 雒世龙 张超鹏 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第2期252-262,共11页

为研究浅埋煤层复合采空区不同推进距离下自燃“三带”动态演化情况和氧浓度分布特征,通过对采空区氧浓度现场实测和漏风机理的分析,运用Fluent模拟软件,分别得到了下层采空区和上覆采空区随着推进距离增加时氧化带的深度、宽度以及氧... 为研究浅埋煤层复合采空区不同推进距离下自燃“三带”动态演化情况和氧浓度分布特征,通过对采空区氧浓度现场实测和漏风机理的分析,运用Fluent模拟软件,分别得到了下层采空区和上覆采空区随着推进距离增加时氧化带的深度、宽度以及氧浓度的动态演化规律,并提出了综合治理措施。结果表明:在二次采动阶段,随着推进距离的增加,上覆采空区和下层采空区两侧氧化带都逐渐向后延伸,最终在采空区100~500 m范围内形成“两侧高,中间低”的氧浓度分布格局;在相同位置时,上覆采空区的氧化带宽度小于下层采空区,其自然发火危险性小于下层采空区;对比不同流量下多点联合灌注液态CO_(2)的惰化效果发现,当液态CO_(2)压注流量为1000 m^(3)/h,既能保证惰化效果又能兼具经济性。研究结果揭示了浅埋煤层群开采过程中复合采空区自燃“三带”的演化规律,为预防与控制浅埋深复合采空区因漏风导致的自然发火提供了一定的参考。 展开更多

关键词 浅埋煤层 复合采空区 “三带”分布 二次采动 动态演化

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近距离煤层复合采空区煤自燃综合防治技术 被引量：22

5

作者 秦波涛 高远 +1 位作者 史全林 时国庆 《工矿自动化》 北大核心 2021年第9期1-6,17,共7页

我国近距离煤层赋存比重大,开采时多个采空区易连通形成复合采空区。复合采空区面积大、漏风区域多、遗煤分布范围广,煤自燃灾害极为严重。针对某矿复合采空区煤自燃迅速发展、CO和C 2H 4大量涌出的异常情况,综合分析了复合采空区漏风... 我国近距离煤层赋存比重大,开采时多个采空区易连通形成复合采空区。复合采空区面积大、漏风区域多、遗煤分布范围广,煤自燃灾害极为严重。针对某矿复合采空区煤自燃迅速发展、CO和C 2H 4大量涌出的异常情况,综合分析了复合采空区漏风源、漏风汇、地质构造、回采期间丢煤情况及煤自燃气体涌出特征等因素,确定了复合采空区煤自燃高温隐患的分布范围及发展状态,制定了隐患应急控制与隐患高效治理的“两步走”综合治理方案,采取均压与喷浆结合减少漏风、注氮惰化采空区等措施达到隐患应急控制的效果,在此基础上,划分出治理煤自燃隐患的有效措施区域,采用复合泥浆封堵、液态CO 2冷却降温、三相泡沫覆盖隔氧技术实现隐患高效治理目标,构建了“堵漏控风-惰化降温-覆盖隔氧”三位一体的复合采空区煤自燃综合防治技术体系。应用上述技术后,复合采空区内C 2H 4体积分数由72.1×10-6降低至0,CO体积分数由3912.6×10-6下降至20×10-6以下并保持稳定,有效消除了该矿复合采空区煤自燃高温隐患,保障了邻近工作面的安全高效开采。 展开更多

关键词 近距离煤层 复合采空区 煤自燃隐患 采空区漏风 煤自燃综合防治 隐患应急控制 隐患高效治理

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复合采空区遗煤自燃极限参数变化及危险区域判定 被引量：16

6

作者 章飞 《矿业安全与环保》 北大核心 2020年第4期66-72,共7页

特厚煤层采用分层综放开采时,上分层遗煤易发生二次氧化,致使煤自燃预防和治理的难度加大。为了准确判定下沟矿ZF1801工作面上、下分层采空区遗煤自燃危险区域,通过程序升温实验分析4^#煤层煤的自燃极限参数,并根据气体监测数据判定采... 特厚煤层采用分层综放开采时,上分层遗煤易发生二次氧化,致使煤自燃预防和治理的难度加大。为了准确判定下沟矿ZF1801工作面上、下分层采空区遗煤自燃危险区域,通过程序升温实验分析4^#煤层煤的自燃极限参数,并根据气体监测数据判定采空区遗煤自燃危险区域。研究结果表明:4^#煤层煤的耗氧速率和放热强度随温度的变化均符合高斯型函数关系;随遗煤厚度的增加,下限氧气体积分数逐渐降低,而上限漏风强度逐渐升高;当遗煤厚度一定,温度达到90℃时二者的极限参数最低;遗煤自燃危险区域在ZF1801工作面下分层采空区回风侧20~125 m、宽105 m,在上分层回风巷、进风巷侧0~40 m、宽40 m;当ZF1801工作面推进速度低于2.34 m/d且停采28 d以上时,采空区存在自燃危险。研究结果可为下分层综放工作面末采期间采空区自燃危险区域判定提供参考。 展开更多

关键词 特厚煤层 分层开采 复合采空区 遗煤自燃 极限参数 自燃危险区域

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五虎山煤矿010910工作面复合采空区注浆防灭火效果分析 被引量：16

7

作者 彭荣富 万祥云 +4 位作者 贾炳 孙兰会 王文军 李文善 陈宝义 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2020年第4期133-136,共4页

为了解决五虎山煤矿010910工作面的遗煤氧化自燃问题,需要在010910工作面回风巷上隅角适当范围内,通过实施向上的定向观测兼治理钻孔以及010910工作面埋设的束管采样器,同时对上覆工作面采空区和010910采空区进行实时动态分层监测;复合... 为了解决五虎山煤矿010910工作面的遗煤氧化自燃问题,需要在010910工作面回风巷上隅角适当范围内,通过实施向上的定向观测兼治理钻孔以及010910工作面埋设的束管采样器,同时对上覆工作面采空区和010910采空区进行实时动态分层监测;复合采空区动态分层监测状态下出现CO浓度升高等遗煤自燃迹象后,利用上层施工的定向钻孔及本层回风巷的注浆管路,实施上下层高低位联合注浆治理措施。结果表明:实施高低位联合注浆后钻孔内CO气体浓度呈不断降低趋势,复合采空区注浆治理效果比较明显,能确保工作面正常回采。 展开更多

关键词 复合采空区 遗煤自燃 分层监测 联合注浆 防灭火

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窄煤柱复合采空区压注CO_(2)惰化参数优化研究 被引量：1

8

作者 司俊鸿 王攀昊 +1 位作者 梁红立 程根银 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第5期15-22,共8页

针对窄煤柱复合采空区内气体流动规律复杂、注惰气技术灌注参数选择难度较大、惰气易涌入工作空间等问题,以姚桥煤矿7271工作面采空区及相邻7269采空区为研究对象,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,建立窄煤柱复合采空区气体输运数... 针对窄煤柱复合采空区内气体流动规律复杂、注惰气技术灌注参数选择难度较大、惰气易涌入工作空间等问题,以姚桥煤矿7271工作面采空区及相邻7269采空区为研究对象,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,建立窄煤柱复合采空区气体输运数学模型,研究了压注CO_(2)前后复合采空区的气体流动特征,确定了复合采空区最优惰化参数。研究结果表明:注CO_(2)后,氧化带总体向7271工作面移动,CO_(2)向采空区深部及回风巷方向移动;随着注气量增大,煤柱内部氧化带最大宽度由3.77 m减小至1.76 m,煤柱隔绝O_(2)的效果增强;相邻的7269采空区CO_(2)呈走向范围大、倾向范围小的扩散态势,随着注气量的增大,CO_(2)抑制O_(2)扩散的效果更加明显;建立数学模型评判,确定CO_(2)最佳注入量为750 m^(3)/h。 展开更多

关键词 窄煤柱 复合采空区 CO_(2)防灭火 数值模拟 自燃“三带” 惰化参数

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近距离复合采空区煤自燃灾害防控技术 被引量：13

9

作者 高登彦 陈建华 欧阳一博 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期159-167,共9页

针对近距离复合采空区煤层易自燃的难题,提出了近距离复合采空区煤自燃灾害防控技术体系,分析了近距离复合采空区地表外部漏风严重、井下内部漏风通道多和层间相互影响大等特点,结合“以防为主、重点治理、防治结合、综合管控”的防灭... 针对近距离复合采空区煤层易自燃的难题,提出了近距离复合采空区煤自燃灾害防控技术体系,分析了近距离复合采空区地表外部漏风严重、井下内部漏风通道多和层间相互影响大等特点,结合“以防为主、重点治理、防治结合、综合管控”的防灭火原则,提出了火灾风险三步管控法“超前规划,过程管控,监控有效”及“快掘快采快撤快闭”的防灭火理念,详细阐述了近距离复合采空区煤层易自燃的原因。采取分布式光纤测温和红外束管气体分析监测煤层自燃,通过开采前超前规划防灭火措施,开采中堵漏灌浆注氮,开采后均压减风等措施吸热降温,形成了“早期识别、控制遗煤、减氧抑温、吸热降温”的核心技术体系。通过现场实践结果表明,神东矿区近距离复合采空区下工作面日推进度应大于8 m,可以有效减小采空区“自燃三带”范围、减少采空区漏风。自主研制的隅角支架可伸缩挡风板,可以减少采空区漏风;提出了基于双元示踪技术的近距离复合采空区漏风检测方法,确定采空区走向漏风范围长度为85 m,工作面地表漏风范围长度为145 m;综合采用红外束管气体监测系统及分布式测温光缆实时监测系统,实现了矿井煤自燃气体-温度的有效监测,可在第一时间掌握“萌芽”时期各项数据,为前期预防、后期治理提供可靠信息。研究成果可对近距离复合采空区煤自燃灾害的防治具有一定的借鉴意义和实用价值。 展开更多

关键词 近距离煤层 复合采空区 煤自燃 防灭火 漏风

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瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统研究与应用 被引量：8

10

作者 路培超 唐盛禹 +1 位作者 蒋孝元 赵波 《能源与环保》 2023年第4期10-15,共6页

为了解决高瓦斯易自燃煤层工作面采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治智能化程度低、缺乏灾害风险的精准分级管控等问题,构建了以瓦斯抽采与自然发火监测数据为基础、以风险分级智能化管控为核心的瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统。采用AP... 为了解决高瓦斯易自燃煤层工作面采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治智能化程度低、缺乏灾害风险的精准分级管控等问题,构建了以瓦斯抽采与自然发火监测数据为基础、以风险分级智能化管控为核心的瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统。采用API接口调用方式建立数据采集平台,构建了基于多源信息融合、K-Means聚类分析、预警规则知识库等方法的分析预警模型,设计开发了瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统软件,实现了复合灾害的精准监控、风险动态评判和智能预警。在试点工作面的应用结果表明,该系统可直观展示复合灾害监测预警信息,使采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治工作透明化,有效提升了灾害防治的智能化水平。 展开更多

关键词 煤矿采空区 煤自燃 复合灾害 在线监测 智能预警

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马道头矿3-5号复合煤层分区防灭火技术 被引量：6

11

作者 苏伟伟 邹永洺 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2019年第3期69-72,共4页

为了解决马道头煤矿3-5号复合煤层在综放开采时采空区丢煤量大、端头漏风率高、支架间及冒顶区的浮煤浓度高、异常火区气体指标超限等问题,研究采用了采空区注氮、支架间及后方冒顶区喷洒阻化剂、异常火区注浆和端头封堵的分区防灭火技... 为了解决马道头煤矿3-5号复合煤层在综放开采时采空区丢煤量大、端头漏风率高、支架间及冒顶区的浮煤浓度高、异常火区气体指标超限等问题,研究采用了采空区注氮、支架间及后方冒顶区喷洒阻化剂、异常火区注浆和端头封堵的分区防灭火技术。经在8210综放工作面试验研究,应用效果表明:回采期间采空区、工作面和支架之间的温度控制在30℃以内,CO气体始终保持在24×10-6以下,且从未出现C2H4、C2H6等标志性气体,综放工作面安全高效完成回采。 展开更多

关键词 复合煤层 采空区遗煤 综放开采 分区防灭火 阻化剂 标志性气体

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切顶成巷采空区冒落矸石碎胀系数及侧向压力测定研究 被引量：12

12

作者 马新根 何满潮 +3 位作者 张良 孟琦 张飞 张家宾 《煤炭工程》 北大核心 2019年第2期37-41,共5页

为对切顶留巷条件下的顶板碎胀系数测定方法进行优化,并进一步探究碎胀系数的演化规律,在对现有切顶设计中顶板碎胀系数的取值方法进行总结的基础上,以塔山煤矿8304工作面复合顶板为例,通过地质详查、自然观测、标记观测以及层厚加权计... 为对切顶留巷条件下的顶板碎胀系数测定方法进行优化,并进一步探究碎胀系数的演化规律,在对现有切顶设计中顶板碎胀系数的取值方法进行总结的基础上,以塔山煤矿8304工作面复合顶板为例,通过地质详查、自然观测、标记观测以及层厚加权计算等多种方法的相互配合,对其顶板碎胀系数进行测定,同时对碎石帮侧向压力实施监测。结果表明,该顶板碎胀系数约为1. 40,顶板中泥岩较之细砂岩,垮落块度较小,初始碎胀系数及残余碎胀系数较大,碎胀系数稳定区滞后架后距离较长,且发现成巷进入稳定区后,碎石帮侧向压力会出现下降,而矸石碎胀系数始终处于稳定状态,没有出现明显回弹上升现象。 展开更多

关键词 切顶成巷 采空区 冒落矸石 碎胀系数 侧向压力 复合顶板

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基于采空区流场的遗煤自燃危险区域判定及复合惰化技术研究 被引量：16

13

作者 牛阔 杜文州 +1 位作者 王厚旺 张延松 《矿业安全与环保》 北大核心 2021年第1期23-27,共5页

采空区遗煤自燃火灾是影响煤炭生产安全的主要灾害之一。基于Fluent数值模拟技术,构建采空区三维物理模型,模拟研究了采空区流场立体分布规律,并以O2体积分数为判别指标划分了采空区遗煤自燃危险区域;通过分析采空区遗煤空间分布规律及... 采空区遗煤自燃火灾是影响煤炭生产安全的主要灾害之一。基于Fluent数值模拟技术,构建采空区三维物理模型,模拟研究了采空区流场立体分布规律,并以O2体积分数为判别指标划分了采空区遗煤自燃危险区域;通过分析采空区遗煤空间分布规律及不同惰性气体的惰化特性,提出了综放工作面采空区复合惰化技术,即高位压注CO2和低位压注N2,并与单一气体惰化技术进行了对比研究。结果表明:复合惰化技术相较于单一气体惰化技术有着更好的防灭火效果;在工程应用中,各监测点CO体积分数在短时间内均降低到2.4×10^-5以下,压注惰气期间防灭火效果良好。 展开更多

关键词 综放工作面 采空区 遗煤自燃 危险区域判定 复合惰化技术 数值模拟

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渗水复合顶板沿空掘巷围岩控制技术

14

作者 纪传东 《煤炭与化工》 CAS 2013年第8期110-113,共4页

为了解决23506工作面渗水复合顶板沿空掘巷支护的难题,分析了其维护特点,在此基础上采用FLAC软件模拟垂直应力的分布特征、塑性区分布情况和围岩变形规律,确定了沿空掘巷合理煤柱宽度为6.0 m,提出了以保障顶板安全为首要,重点控制煤柱... 为了解决23506工作面渗水复合顶板沿空掘巷支护的难题,分析了其维护特点,在此基础上采用FLAC软件模拟垂直应力的分布特征、塑性区分布情况和围岩变形规律,确定了沿空掘巷合理煤柱宽度为6.0 m,提出了以保障顶板安全为首要,重点控制煤柱帮和底板变形破坏控制思路,给出了具体的支护参数,并成功指导了实践。结果表明:渗水复合顶沿空掘巷围岩变形具有阶段性,巷道围岩变形较小,应用效果良好,满足了巷道掘进安全和工作面回采安全,取得了较好的技术经济效果。 展开更多

关键词 渗水复合顶板 沿空掘巷 巷道围岩 控制技术

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神东矿区内因火灾防治探讨 被引量：11

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作者 王伟 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2016年第1期167-169,共3页

神东矿区煤层埋藏较浅,层间距较近,煤层近似水平,采动后易形成大面积多层复合采空区,导致各层均具有自然发火可能性,火灾具有隐蔽性。神东矿区有近距离易自燃(自燃)煤层群开采工作面、综采放顶煤开采易自燃(自燃)煤层工作面、大采高开... 神东矿区煤层埋藏较浅,层间距较近,煤层近似水平,采动后易形成大面积多层复合采空区,导致各层均具有自然发火可能性,火灾具有隐蔽性。神东矿区有近距离易自燃(自燃)煤层群开采工作面、综采放顶煤开采易自燃(自燃)煤层工作面、大采高开采易自燃(自燃)煤层工作面和高瓦斯矿井开采易自燃(自燃)煤层工作面等不同内因火灾类型。针对不同类型内因火灾给出常规防治技术路线,以期可杜绝神东矿区内因火灾事故,保证矿井安全生产。 展开更多

关键词 内因火灾 浅埋深煤层 近距离煤层群 复合采空区 火灾防治

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