高瓦斯易自燃煤层采空区CO2防灭火技术研究
左权和顺矿区一缘矿主采煤层是15#高瓦斯易自燃煤层,瓦斯灾害与采空区煤自燃灾害是矿井高产高效开采过程中要解决的两个主要矿井灾害。针对高瓦斯易自燃矿井灾害防治技术开展研究,这既有利于煤炭企业的安全高效开采,又能降本增效保证安全技术工作稳定性。本文以高瓦斯易自燃采空区CO2防灭火技术为研究对象,分别采用实验研究、现场监测和数值模拟等方法对CO2抑制采空区遗煤自燃机理、采空区注CO2后自燃三带分布变化、采空区注CO2对高抽巷瓦斯抽采影响三方面进行了研究。<br>  (1) CO2抑制采空区遗煤自燃机理:采空区煤自燃灾害的防治首先必须要研究防...
左权和顺矿区一缘矿主采煤层是15#高瓦斯易自燃煤层,瓦斯灾害与采空区煤自燃灾害是矿井高产高效开采过程中要解决的两个主要矿井灾害。针对高瓦斯易自燃矿井灾害防治技术开展研究,这既有利于煤炭企业的安全高效开采,又能降本增效保证安全技术工作稳定性。本文以高瓦斯易自燃采空区CO2防灭火技术为研究对象,分别采用实验研究、现场监测和数值模拟等方法对CO2抑制采空区遗煤自燃机理、采空区注CO2后自燃三带分布变化、采空区注CO2对高抽巷瓦斯抽采影响三方面进行了研究。
  (1) CO2抑制采空区遗煤自燃机理:采空区煤自燃灾害的防治首先必须要研究防治技术的机理,采空区遗煤在注CO2、低O2、漏风等复杂条件下的自燃研究是复杂的。通过太原理工大学安全工程技术研究中心自行设计的气体置换-吸附实验装置进行CO2/CH4吸附与置换吸附实验。得出采空区遗煤(常温常压、混合粒径)CO2/CH4单位吸附量和CO2对煤体中CH4置换率。在此基础上应用程序升温、红外光谱、热重实验3种实验方法对比分析了CO2抑制煤自燃特性在指标气体生成、官能团和自燃特征温度区间等方面的变化规律。并对煤吸附CO2后自燃特性抑制机理进行了分析。
  (2)采空区注CO2后自燃三带分布变化:高瓦斯易自燃采空区CO2防灭火技术研究中掌握其在现场应用中的规律和效果是本论文研究的又一重点内容。根据采空区束管监测系统的实际采样分析,采空区注CO2后漏风流场和煤自燃指标气体产生情况均发生了变化,采空区自燃“三带”范围进行了重新划分,漏风带显著缩短,氧化带前移并缩短。采空区遗煤在采空区70m处即进入窒息带。并根据自燃“三带”影响因素提出进一步优化的技术措施。
  (3)采空区注CO2对高抽巷瓦斯抽采影响:高瓦斯易自燃采空区CO2防灭火技术在防治煤自燃灾害的同时对采空区瓦斯抽采的影响研究。以一缘煤矿采空区灌注CO2防灭火为工程背景,建立多场耦合条件下采空区瓦斯运移模型。引入多孔介质物质传递方程和Fick定理,以N-S方程和Brinkman方程来构建工作面和采空区气体运移模型。在多物理场耦合统一条件下建立了适用于150109工作面CO2防灭火条件下瓦斯流动数学模型。并结合一缘矿高抽巷瓦斯监测数据进行验证得出采空区CO2防灭火条件下高抽巷瓦斯抽采量略微下降、抽采浓度上升的变化规律。
  通过上述三个方面的综合研究、对比分析,本论文对高瓦斯易自燃采空区CO2防灭火技术在CO2惰化煤体机理、注CO2后采空区自燃“三带”和瓦斯抽采变化方面有了进一步的认识。并建议一缘矿尝试在高瓦斯易自燃煤层开采中将CO2防灭火技术和高抽巷瓦斯抽采技术的联合应用,建立两种灾害的综合治理技术体系,对一缘煤矿的安全生产工作起到了一定的指导意义。
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作者: 张超
学科专业: 安全科学与工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 太原理工大学
导师姓名: 邬剑明
学位年度: 2015
语 种: chi
分类号: TD752.2
在线出版日期: 2015年10月12日