杜儿坪煤矿主采煤层采空区自燃危险性研究

摘要

西山煤电集团杜儿坪煤矿主采8＃煤层为中灰--低中灰、高硫的贫煤，自燃倾向性等级鉴定为Ⅱ类自燃。随着开采程度的加深，采空区的范围也越来越大，在此区域残留煤体具有氧化蓄热条件，达到一定的条件，就会发生火灾。同时采空区内瓦斯聚积，自然发火甚至会引起瓦斯爆炸，对矿井的安全生产构成了极大的威胁。
　　 论文通过对主采煤层代表性煤样进行了自然发火演化过程模拟，研究自然发火氧化气体产物释放规律、氧化热力学特性和氧化动力学特性，分析煤自然发火不同阶段的标志气体及其温度分布范围，测试煤自然发火的临界氧浓度、确定煤自然发火标志气体指标，揭示杜儿坪煤矿主采煤层的自然发火规律。
　　 通过现场布置气样束管采集系统和温度采集系统，观测工作面采空区漏风特性及不同种类火灾性气体的分布特性，建立采空区自燃危险程度的评价及预测方法，并结合工作面的回采工艺可确定工作面的最小安全推进度。在结合矿井生产实际的基础上，突破以往单一CO指标的局限，提出煤层自然发火早期预测预报的适用性技术方案。
　　 论文在理论与实践相结合的基础上，建立杜儿坪煤矿主采8＃煤层68214工作面“两进两回”特殊通风方式下采空区流场数学模型。选择确切的流场、气体组分场、温度场联合计算耦合的边界条件和初始条件，利用COMSOL MULTIPHYSICS流场模拟CFD软件，进行耦合模拟计算。论文以详实的图例直观的揭示采空区遗煤自然发火的发展过程，在采空区自燃危险性研究领域开拓和发展了新的研究方法。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 煤层自燃预测技术研究现状

1.2.2 煤层自燃早期预报技术研究现状

1.2.3 采空区自燃危险性研究现状

1.3 本文研究内容

2 杜儿坪煤矿主采8号煤层自然发火规律研究

2.1 煤样自然发火基础参数测试分析

2.2 煤样升温氧化过程中气体产物规律分析

2.2.1 实验条件

2.2.2 气体产物一般规律

2.2.3 CO气体产生规律

2.2.4 CO2气体产生规律

2.2.5 烯烃气体(C2H4、C3H6)产生规律

2.2.6 烷烃气体(CH4、C2H6、C3H8、C4H10)产生规律

2.3 煤样自燃氧化热力学特性及其规律

2.4 煤层自然发火标志气体分析与优选

2.4.1 煤自然发火的CO标志气体

2.4.2 煤自然发火的C2H4(乙烯)和C3H6(丙烯)标志气体

2.4.3 煤自然发火的C2H2(乙炔)标志气体

2.4.4 煤自然发火的C2H4/C2H6标志气体比率(烯烷比)

2.4.5 煤自然发火标志气体的链烷比

2.5 煤层自然发火预测预报指标体系

2.6 煤层自然发火的临界氧气浓度

2.6.1 不同氧气浓度下的气体产物特性

2.6.2 不同氧气浓度下的氧化热力学特性

2.7 本章小结

3“U+I”通风方式下采空区气体分布规律

3.1 实验工作面概述

3.2 杜儿坪煤矿68214综采面采空区气体分布规律现场实验方案

3.3 试验结果与分析

3.4 工作面漏风量测定

3.5 本章小结

4 采空区流场数学模型

4.1 流场模拟CFD软件

4.1.1 国内外常用流场模拟CFD软件简介

4.1.2 采空区流场模拟软件的选择

4.2 采空区流场和温度场耦合数学模型

4.2.1 采空区自然发火特征

4.2.2 采空区自然发火危险区域判定方法

4.2.3 采空区流场和温度场耦合数学模型的建立

4.3 本章小结

5“U+I”通风方式下采空区自燃危险性模拟分析

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间发表论文及参加的科研工作