采空区遗煤氧化自燃规律的模拟研究

摘要

漏风是采空区遗煤氧化自燃发生的重要原因,而遗煤自燃是多孔介质内渗流场、气体组分场、温度场等耦合作用的结果。基于采空区遗煤自燃“三带”划分标准,本文采用临界氧气浓度和渗流速度相结合的方法,对采空区自燃“三带”的分布进行了模拟计算,为现场自燃火灾的防治提供理论依据。本文采用有限单元方法,对采空区流场、浓度场和温度场进行了耦合计算,通过模拟分析了孔隙率模型的选取对计算结果的影响以及不同通风方式对采空区自燃“三带”的影响。结果表明:孔隙率与采空区漏风量和自燃危险区域宽度成正比关系;W型和U型通风方式下的采空区漏风量较小,相比之下,Y型和Z型漏风量较大;通过采空区注氮、加设挡风墙等技术措施可以有效的防治采空区遗煤自燃。针对故县联营煤矿地表漏风严重的实际情况,模拟计算了地面填充,采空区注氮,均压法以及加设挡风墙等技术措施对201综采工作面采空区自燃“三带”分布规律的影响,得出了地面堵漏后注氮量,均压压力以及加设挡风墙长度的临界参数值,这对于经济有效地预防201工作面采空区遗煤氧化自燃是有重要的指导意义。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 国内外矿井自燃灾害的研究背景

1.2 国内外采空区自燃模拟的研究现状

1.3 本章小结

2 煤自燃机理研究

2.1 煤的自燃发展过程

2.2 煤的自燃机理

2.2.1 从煤岩相学角度研究煤的自燃机理

2.2.2 从煤表面反应热角度研究煤的自燃机理

2.2.3 从煤分子结构入手研究煤的自燃机理

2.2.4 从煤的活化能入手研究煤的自燃机理

2.2.5 利用热分析技术研究煤的自燃机理

2.2.6 煤微观结构与组分量质差异自燃理论

2.3 本章小结

3 采空区自燃“三带”的划分

3.1 采空区自燃“三带”概述

3.2 采空区自燃“三带”的划分标准

3.3 采空区自燃数学模型的建立

3.3.1 数学模型

3.3.2 边界条件

3.3.3 孔隙率模型的选取

3.4 采空区自燃“三带”划分标准的模拟分析

3.5 工作面的通风方式对采空区自燃“三带”的影响

3.5.1 Z 型通风方式下采空区自燃“三带”分布

3.5.2 Y 型通风方式下采空区自燃“三带”分布

3.5.3 W 型通风方式下采空区自燃“三带”分布

3.6 本章小结

4 采空区遗煤氧化自燃的防治技术

4.1 加挡风墙减少采空区漏风

4.2 采空区充填技术

4.3 采空区注氮防灭火技术

4.3.1 单管路注氮对采空区自燃“三带”的影响

4.3.2 不同注氮量对采空区自燃“三带”的影响

4.4 本章小结

5 故县联营煤矿201 工作面采空区防火技术研究

5.1 矿井概况

5.1.1 井田位置，范围及交通

5.1.2 自然地理

5.1.3 井田周边小煤窑开采情况

5.1.4 资源，储量估算

5.1.5 开采方法与通风安全

5.2 201 综放工作面采空区自燃“三带”测试

5.2.1 采空区测点布置

5.2.2 采空区束管采样系统的建立

5.2.3 监测内容与方法

5.2.4 现场监测结果

5.2.5 采空区自燃“三带”范围

5.2.6 地面堵漏后采空区201 工作面自燃的模拟研究

5.3 设置挡风墙技术防治201 工作面采空区自燃

5.4 堵漏后201 工作面采空区均压防灭火技术的研究

5.5 堵漏后201 工作面采空区注氮防灭火技术研究

5.5.1 注氮防灭火系统

5.5.2 注氮防灭火工艺

5.5.3 注氮后效果的模拟

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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