天池煤矿高瓦斯自燃煤层孤岛工作面防灭火研究

摘要

天池煤矿102工作面是高瓦斯工作面,采空区漏风严重并且煤具有自然倾向性,工作面两端均是采空区,为孤岛工作面。如何解决采空区漏风及防止采空区自燃和瓦斯爆炸成为天池煤矿亟待解决的问题。针对这种问题对天池煤矿102工作面的风量、瓦斯浓度和氧气浓度进行现场测试,并对该工作面的煤样进行自然发火实验和热重实验。通过煤自燃实验,得出该煤样在常温实验条件下最短自然发火期为71天,临界温度为80~90℃,干裂温度为100~120℃,活化温度为210℃左右;随煤温升高,煤体氧化放热强度开始增加,当煤温小于临界温度时,氧化速度较缓慢,当超过临界温度后,氧化速度加快,超过干裂温度后,氧化速度急剧增加;通过对自燃实验气体的分析,找出天池煤矿自燃是的特征性气体,一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙烷、丙烷各种指标气体在70~80℃左右,气体浓度有较大的突变。丙烷与乙烷比、甲烷与乙烷比值最大。煤温超过100~120℃后,乙烯、二氧化碳量继续升高,烯烷比值逐渐增大,超过300℃,烯烷比值逐渐减少等特点。通过热重实验分析得出天池煤矿煤样自燃的失水失重阶段和氧化增重阶段、阻化泡沫对煤有很好的阻化效果,其中自燃的失水失重阶段煤的活化能从阻化前的40.6659kJ/mol增加到阻化后的66.2982kJ/mol,氧化增重阶段煤的活化能从阻化前的76.6993kJ/mol增加到阻化后的116.2981kJ/mol。根据现场测定的数据,对采空区进行数值模拟,得出采空区自然三带。结合煤自燃特性、阻化泡沫的阻化效果、数值模拟的结果以及采面的实际情况制定出现场注阻化泡沫的工艺方法,利用该方法取得良好的防灭火效果,为天池煤矿102工作面的顺利安全开采提供了技术支持。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 选题背景目的及意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 煤自燃的危害

1.1.3 本文研究的主要目的和意义

1.2 国内外煤自燃机理及灭火方法的研究

1.2.1 煤自燃学说的发展

1.2.2 研究煤自燃机理的方法

1.2.3 矿井防灭火技术进展

1.3 天池煤矿矿井概况

1.3.1 自然条件

1.3.2 工作面巷道布置方式为采空区自燃提供了有利条件

1.4 研究内容关键问题与技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 关键问题

1.4.3 技术路线

2. 煤炭自燃的理论

2.1 煤炭自燃的条件与燃烧的过程

2.1.1 煤自燃的条件

2.1.2 煤自燃的过程

2.2 煤炭自燃影响因素

2.2.1 影响煤炭自燃的内因

2.2.2 影响煤炭自燃的外因

2.3 采空区煤自燃

2.3.1 采空区煤自燃与影响因素

2.3.2 采空区煤自燃的特点

2.3.3 采空区煤自燃的规律

2.4 孤岛工作面采空区的特点

2.5 采空区气体流动特征及基本方程

2.5.1 采空区气体流动特征

2.5.2 采空区气体密度变化

2.5.3 采空区内热量传递

2.5.4 采空区不同组分气体的扩散

3. 煤炭自燃的参数

3.1 煤自燃过程中的温度参数

3.1.1 临界温度

3.1.2 干裂温度

3.1.3 燃点温度

3.2 煤自燃过程中的表征参数

3.2.1 耗氧速率

3.2.2 CO、CO_2 产生速率

3.2.3 放热强度

3.3 煤自燃过程中的极限参数

3.3.1 下限氧浓度

3.3.2 上限漏风强度

3.3.3 最小浮煤厚度

3.3.4 上限粒度

3.4 煤自燃过程中的指标气体的选择

3.4.1 指标气体选择

3.4.2 影响指标气体的因素

3.5 热重实验分析方法

3.5.1 热重分析程序升温法

3.5.2 热重分析动力学方法

4. 天池煤矿102 工作面防灭火研究

4.1 煤自燃实验研究

4.1.1 实验装置与条件

4.1.2 实验温度分析

4.1.3 实验气体分析

4.1.4 实验结果分析

4.2 煤样热重实验分析

4.2.1 实验条件及煤样的选取和制作

4.2.2 煤样热重曲线分析

4.2.3 煤样热重曲线处理

4.3 采空区流场数值模拟

4.4 FR-1 泡沫在孤岛工作面采空区的应用

4.4.1 FR-1 泡沫防灭火机理

4.4.2 FR-1 泡沫技术指标

4.4.3 注FR-1 泡沫设备及工艺流程

4.4.4 FR-1 泡沫在102 工作面的应用与效果分析

5. 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简历

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