魏家地高瓦斯综放采空区自燃预测预报研究

摘要

我国煤炭资源十分丰富，产量和消费量均居世界前列。但是煤层自燃现象比较严重，制约了高产高效矿井的安全生产与发展，同时也造成巨大的资源浪费、环境污染、人员和财产的损失。魏家地煤矿属于高瓦斯易自燃矿井，局部煤层厚度较大，采空区遗煤比较多，容易发生煤层自燃。在高瓦斯煤层群开采过程中，各层煤之间可能存在漏风，使煤层自燃更加严重，自燃规律更加复杂。 论文首先开展了魏家地煤矿煤层自然发火实验，测试出煤层在近似现场条件下自燃的升温速度、耗氧速率、CO、CO2产生率、放热强度、特征温度、自然发火期等特性参数，建立了煤自然发火预报指标气体体系；其次，对魏家地煤矿1308综放采空区进行现场观测和分析，得到了综放采空区浮煤厚度及进、回风两侧氧气和甲烷浓度等参数分布规律；然后，在实验和现场观测的基础上建立了流场和浓度场的物理和数学模型，确定了其定解条件，利用Fluent软件对1308综放面采空区漏风状况进行数值模拟，得出采空区的氧浓度和渗流速度等分布规律；再次，依据数值模拟结果和现场观测数据，应用自燃危险区域判定理论，确定了1308综放采空区自燃“三带”的分布、采空区自燃危险区域和极限推进速度等参数，并据此建立完善了采空区自燃预报技术；最后，根据预测预报结果，确定了矿井适用魏家地高瓦斯综放面实际的综合防灭火技术方案，通过实施该方案，有效地预防了采空区自燃的发生。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究的背景及意义

1.2国内外研究现状和发展趋势

1.2.1预测技术

1.2.2预报技术

1.2.3小结

1.3论文研究的主要内容

1.4研究方法及技术路线

2魏家地煤层自燃特性参数实验测试

2.1实验装置

2.1.1炉体结构

2.1.2供风系统

2.1.3气体采集及分析

2.2实验原理

2.3实验条件

2.4实验结果

2.5结果分析

2.5.1升温速度

2.5.2氧化放热强度

2.5.3耗氧速度分析

2.5.4 CO、CO2产生率

2.5.5放热强度

2.5.6煤自燃极限参数

2.5.7临界温度和干裂温度

2.5.8煤层实验最短自然发火期

2.6本章小结

3魏家地煤矿自然发火现场观测及研究

3.1魏家地煤矿矿井介绍

3.1.1魏家地煤矿地理位置

3.1.2魏家地煤矿煤层赋存介绍

3.1.3瓦斯、煤尘及自然发火

3.1.4水文地质情况

3.1.5工作面通风

3.1.6回采期间采空区瓦斯抽放

3.2魏家地高瓦斯综采面自燃的特点及规律

3.2.1魏家地煤矿自然发火的特点

3.2.2魏家地煤矿自然发火的规律

3.3现场观测及结果分析

3.3.1测点布置方案

3.3.2采空区浮煤厚度分布状况

3.3.3工作面实际风量

3.3.4工作面"冒落带"高度

3.3.5工作面推进情况

3.3.6采空区氧气浓度的分布规律

3.4本章小结

4魏家地煤矿煤层自燃预测与预报研究

4.1采空区自燃"三带"的划分及危险区域判定

4.1.1采空区遗煤自燃危险区域判定条件

4.1.2采空区自燃"三带"划分

4.1.3综放面极限推进速度确定

4.2魏家地煤矿气体指标的煤自燃程度预报技术

4.2.1判定煤自燃程度的气体表征参数确定

4.2.2煤层自然发火监测及早期预报技术

4.3现场应用

4.3.1预测技术的现场应用

4.3.2预报技术的现场应用

4.4.本章小结

5结论

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录