煤与油页岩共采工作面采空区自燃规律及防治技术研究

摘要

随着我国对进口石油依赖性的不断提升，寻求一种可部分替代石油功能的能源成为了国家能源领域的重要发展方向之一，油页岩由于可干馏出页岩油而进入人们的视野。油页岩常与煤伴生共存，由于煤具有自然发火特性，加之油页岩升温氧化特性不明晰，导致煤与油页岩共采工作面采空区存在自然发火的威胁。因此研究煤与油页岩共采工作面采空区自燃规律及防治技术具有重要的理论和现实意义。
　　本文首先采用理论分析的方法研究了采空区孔隙率对煤岩体氧化规律的影响，利用PFC颗粒流数值模拟软件对工作面开采过程中采空区内裂隙分布和漏风通道的动态演化规律进行了研究，数值模拟结果表明工作面两巷上方的漏风通道较为发育。为了进一步对煤与油页岩共采工作面的漏风规律进行定量分析，采用SF6漏风测定技术对其漏风规律进行了现场测定，得到了工作面不同位置处的漏风规律。
　　为了研究煤与油页岩共采工作面采空区遗煤与油页岩氧化规律，本文以梁家煤矿1105煤与油页岩共采工作面采空区为研究对象，采取敷设束管监测系统的方法得到了采空区内气体及温度变化情况，对CO、O2浓度分布规律和温度变化规律进行了分析。监测结果表明，采空区内温度整体呈上升趋势，由于两巷上方裂隙较为发育，形成了较好的供氧环境，导致煤与油页岩与温度最高。工作面留顶煤区域的CO浓度高，不留顶煤即顶板均为油页岩处较低。采空区O2与普通采煤工作面相比浓度偏高，浓度在20％左右波动，有利于煤与油页岩的氧化，存在较大的自燃危险性。
　　通过相关资料和现场实测数据，对梁家煤矿1105工作面煤炭自然发火危险性进行了综合评估，认为该工作面属易自然发火工作面，存在煤与油页岩自然发火危险。为了确定合理的注氮方式及参数，采用Fluent数值模拟软件对单、双巷注氮方案进行了数值模拟研究。研究结果表明，双巷注氮效果更加明显，能够更加有效的惰化采空区。根据1105煤与油页岩共采工作面采空区实际情况，制定了具体的双巷注氮方案及注氮参数，实施效果表明，双巷注氮方案起到了良好的惰化采空区的效果。

目录

声明

1 绪 论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

1.4 研究方法与技术路线

1.5 论文的创新点

2 煤与油页岩共采工作面采空区漏风规律研究

2.1 采空区孔隙率对煤岩体氧化影响规律分析

2.2 基于PFC离散元软件的漏风通道数值模拟研究

2.3 煤与油页岩联合开采工作面采空区漏风量的确定

2.4 本章小结

3 基于束管监测系统的采空区遗煤与油页岩氧化分析

3.1 采空区遗煤与油页岩氧化理论研究

3.2 采空区气体浓度及温度实测研究

3.3 气体浓度与温度分析

3.4 本章小结

4 煤与油页岩共采工作面双巷注氮数值模拟研究

4.1 数值模拟理论基础分析

4.2 注惰性气体防灭火理论和双巷注氮技术及注氮模拟研究

4.3 本章小结

5.1 梁家煤矿简介

5.2 煤与油页岩联合开采工作面自然发火危险程度评价

5.3 采空区双巷注氮方案实施

5.4 双巷注氮效果分析

5.5 本章小结

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献