Spontaneous combustion hazard zone in inclined coal seam goaf and nitrogen injection parameters optimization

煤矿开采 氮气 自燃 燃烧 物理 石油工程 采矿工程 危害 机械 核工程 废物管理 工程类 量子力学 有机化学 化学
作者
Shicheng Liu,Yuzhong Yang,Liyun Wu,Yaowei Zhai,Lei Li,Wanli Yang,Junqi Lei
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:37 (6) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0274745
摘要

This study investigates fire prevention and control in inclined coal seams prone to spontaneous combustion, using the 12020 working face of a Henan mine as a case study. The porosity distribution and spontaneous combustion hazard zones in the goaf were analyzed through on-site observation, theoretical analysis, and numerical simulation. A segmented non-parallel progressive nitrogen injection technique was evaluated and optimized. Results indicate that the non-uniform collapse of the roof rock layer causes the oxidation zone on the return airway side (60.9 m) to extend further than on the intake side (33.6 m), with high-temperature zones concentrated near the return airway and central goaf. Numerical simulations compared nitrogen injection locations and volumes for both monomer and segmented methods, assessing the oxidation zone area, oxygen concentration, and temperature distribution. The segmented non-parallel progressive nitrogen injection method was found to be optimal, with two injection ports: one at the intake airway (35 m, 800 m3/h) and another 20 m below the return airway (80 m, 500 m3/h). This configuration maximizes the superposition effect of nitrogen injection on both sides of the goaf, reducing the oxidation zone by 2831 m2 (71.5%) and lowering the high-temperature point from 38.8 to 32.2 °C. It also rapidly decreases CO concentration to a safe level, effectively preventing spontaneous combustion in the goaf.
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