古山矿065-2大倾角易自燃煤层综放开采自燃防治技术研究

摘要

煤矿自燃火灾次数占火灾总次数的90％以上，在中国大倾角煤层储量约占煤炭总储量的14.05％，大倾角厚煤层自燃防治问题更为严峻。古山矿所含煤层为极易自燃煤层，065-2综放工作面是大倾角易自燃厚煤层综放开采工作面，自然倾向性高，发火期缩短，自燃防治难度大。结合现场实际，采用现场测试、实验室实验、理论分析（数值模拟）以及工程应用相结合的方法，主要进行的工作和取得的成果如下:
　　(1)通过现场取样、室内热重实验、光谱特性实验等，研究了古山矿煤体的自燃特性及发火期。
　　(2)通过065-2大倾角综放工作面采空区气体、温度现场监测和数值模拟研究，指出大倾角综放工作面采空区在氧气浓度分布、温度分布、风流速度分布、氧化带分布等方面和近水平及缓倾斜综放工作面采空区分布具有明显区别，得到大倾角综放工作面采空区自燃危险区域分布特征。
　　(3)使用COMSOL Multiphysics4.3b2D数值模拟软件，通过数值模拟，得出注氮量、注氮孔位置、注氮时间和氧化带宽度之间的非线性关系。
　　(4)采用数值解算方法，从隔离墙长度、道数两个方面对采用砌筑隔离墙调控采空区风流结构的效果进行对比研究，得到不同风流结构调控技术参数与采空区氧化带宽度的定量关系和砌筑隔离墙的有效保护范围;基于最小二乘原理和数据中心化处理之后，采用四步逐步回归分析得出隔离墙工艺参数和氧化带宽度之间的定量化关系:Lmax=37.318-0.752(x1-10)+0.643(x2-6)+0.267(x2-6)2-0.052(x1-10)2(R2=0.970)关系，增加隔离墙长度和道数能够降低采空区氧化带宽度。
　　通过综合自燃防治措施的实施，回采期间回风流和上隅角的瓦斯和CO没有出现过超限现象，有效预测和预防了采空区浮煤自然发火，保证了该时期的安全、高效回采。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 煤自燃防治国内外研究现状

1．2．1 煤自然发火机理

1．2．2 采空区危险区域判定

1．2．3 采空区自燃防治技术

1．3 主要研究内容和方法

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 主要研究方法和技术路线图

2 065-2综放工作面煤层自燃特性研究

2．1 065-2综放工作面概况

2．1．1 煤层与顶底板状况

2．1．2 通风与运输系统

2．2 煤层的自燃特性及自然发火期实验研究

2．2．1 煤层自燃热重特性

2．2．2 煤层自然发火热重反应动力学参数研究

2．2．3 基于化学反应活化能煤层自然发火期研究

2．3 本章小结

3 基于现场监测的大倾角综放工作面采空区自燃特征研究

3．1 采空区自燃“三带’’的现场监测方法

3．1．1 采空区自燃“三带”的现场监测方法

3．1．2 测点布置方案

3．2 采空区气体组分、温度变化规律与“三带”划分

3．2．1 采空区氧气浓度分布现场监测

3．2．2 采空区温度分布现场监测

3．2．3 采空区“三带”划分

3．3 本章小结

4 基于数值模拟的大倾角综放工作面采空区自燃特征研究

4．1 采空区渗透率

4．2 采空区流场

4．2．1 气体运移

4．2．2 采空区气体流动总体控制方程

4．2．3 数值模拟的边界条件

4．3 采空区自燃“三带”数值模拟及自燃危险区域判定

4．4 本章小结

5 大倾角综放工作面自燃防治关键工艺参数和技术研究

5．1 大倾角综放工作面合理风量确定

5．2 隔离墙技术及工艺参数研究

5．2．1 砌筑隔离墙工艺参数数值模拟研究

5．2．2 基于SPSS非线性回归的数据分析

5．2．3 砌筑隔离墙工艺参数的确定

5．3 采空区注氮工艺参数研究

5．3．1 注氮量对采空区“三带’’分布的影响

5．3．2 注氮时间对采空区“三带”分布的影响

5．3．3 注氮工艺参数的确定

5．4 大倾角综放工作面合理推进度研究

5．5 大倾角综放工作面自燃防治技术实施效果

5．6 本章小结

结论

结论

展望

参考文献

作者简历

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