灾变调风对采场煤自燃及瓦斯综合治理实验研究

摘要

矿井通风系统是煤矿生产系统中最基本、最重要的系统之一，矿井通风是保障矿井安全生产的最主要技术手段之一。其采场风流的安全、高效、可调可控至关重要，不仅可以大幅度降低通风系统的能耗，还可以充分发挥其防灾、减灾和促进安全生产的作用，具有十分重要的意义。论文采用理论分析、实验研究、数值模拟、三维模型试验和工程现场实践相结合的综合研究方法深入开展了灾变调风对采场煤自燃及瓦斯综合治理实验研究，取得了一定的成果。 提出了基于分支被影响度Mi的通风网络敏感分支确定方法，结合分支敏感度dij和影响度Zj提出了最佳调节分支优选方法，初步开发了通风风流参数监测及风量调节软件，利用风网解算程序反演计算调节风阻和风量的关系，建立了基于敏感分支的调风理论、方法及流程。通过变频调风原理的分析和研究，得出了主要通风机变频与分支风量的线性f-q关系式及变频与瓦斯稀释的f-c公式，建立了基于瓦斯治理导向原则的变频调风理论、方法及流程以及基于自燃防治导向原则的变频调风理论、方法及流程。提出并建立了一种由地面自动监控中心、工业以太网通信系统、地面风机变频监控调节系统和井下风网监控调节系统组成的ZDJT采场风流自动监测调控系统及方法，初步实现了矿井通风网络中各分支风流的自动监测与调节控制。 自主设计构建了一套由三层立体管网、风压变送器、风速传感器、调节风门、变频调速风机、PLC采集控制系统等组成的“采场风流参数监测与自动调节控制综合实验平台”。开展了工作面采场分支调风实验研究，根据敏感分支调风理论、方法及流程，快速、准确得出了其备选高效调节分支集合，进一步确定了最优调节分支，利用风网解算程序反演计算调节风阻和风量的关系，通过调节风门、风窗等设施调节，实现了敏感分支精准调风。建立了元胞自动机调风模型，针对简化的局部通风网络实例，仿真验证了敏感分支调风方法及过程。 开展了定量释放瓦斯的变频调风稀释实验，得出工作面采场瓦斯浓度与风机工作频率呈幂函数关系，随频率的增大而快速降低。开展了基于瓦斯治理导向原则的变频自动调风调节规则研究，提出了一种基于瓦斯涌出量监测和变频调风稀释瓦斯能力相结合的自动调风方法，以工作日为单位进行判断和调节，给出了5种调节规则，实现了对采面瓦斯涌出的动态治理和控制，并通过实验验证了该方法及调节规则的可行性。开展了煤样程序升温调风实验及采场调风数值模拟研究，实验及模拟结果表明变频调风不会加快或促进采空区内低温氧化阶段遗煤自燃进程，且稍有一定的抑制作用。 制作了相似比例100∶1的综放采场采空区渗流三维可视化模型，模拟并动态观察记录了变频调风下采空区内多孔介质渗流场的渗流轨迹变化状况，实现了采空区内部渗流的可视化分析。验证了基于自燃防治导向原则的变频调风理论及方法的可行性。 根据建立的采场调风理论及方法，在阳煤集团五矿及潞安集团温庄煤矿进行了试验研究。

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