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易自燃煤层综采面超大采空区CO运移规律及控制技术研究

发布时间:2018-05-29 08:19

  本文选题:易自燃煤层 + 超大采空区 ; 参考:《太原理工大学》2013年硕士论文


【摘要】:神东矿区大部分矿井开采煤层为容易自燃煤层,因此存在着很大的自然发火隐患,从2012年5月补连塔矿采空区自然发火事故中可见一斑,因此对煤自燃进行早期的预测预报十分重要。2000年以来神东矿区采煤工作面回风隅角出现持续超限,但是通过对采空区的监测发现并没有检测到标志性气体,同时采空区煤温也没有显著升高,而回风隅角CO的超限对于煤自然发火的预测预报有着很大的干扰。因此对神东超大采空区CO运移规律进行研究同时提出回风隅角CO控制措施,对于保障矿井安全生产有着很重要的意义。 本文首先对神东煤的低温氧化特性进行分析,并通过热重—差热(TG—DTA)分析实验,煤低温氧化和程序升温实验以及煤CO原始赋存实验对煤产生CO的机理和变化规律进行研究,其次通过现场实测和采空区CO气体运移的CFD模拟并结合神东矿区超大采空区的特点,对超大采空区CO的运移规律展开研究。最后结合实验研究以及超大采空区CO运移规律对神东矿区回风隅角CO的来源进行分析,提出回风隅角CO超限控制技术措施。 本文主要研究内容及结论如下: (1)认识到煤作为一种复杂的不确定的大分子物质,其活性官能团与氧的作用,是煤与氧气发生反应的主要起因和过程,通过工业性分析可知神东煤的煤种特性、微孔结构、比表面积以及活性官能团都为低温氧化提供了物质基础,并且加速了神东煤的低温氧化进程。 (2)通过热重—差热(TG—DTA)分析实验可以得到煤在升温过程中各个阶段的特征温度以及相关参数的变化。通过煤的低温氧化实验和煤程序升温实验可以认识到煤在常温和升温过程中产生CO的变化规律,同时得到了神东煤在不同自燃阶段下的标志性气体。 (3)通过煤层中原生赋存CO实验,对神东煤层中原始煤样的CO含量进行测试,可以看出神东煤中原始赋存CO含量很少,基本可以忽略不计。结果可以为神东矿区回风隅角CO来源分析提供实验基础。 (4)通过对神东矿区综采面超大采空区CO和O2的分布进行现场观测,得出采空区“三带“分布与CO的关系,在此基础上运用CFD软件对其运移规律进行模拟,并与现场观测数据进行对比,验证模拟结果的准确性。结合神东矿区超大采空区的特点,得到超大采空区CO的运移规律。 (5)在实验以及CFD模拟的基础上对神东工作面回风隅角CO来源进行分析,提出回风隅角CO控制技术措施: 1)针对神东工作面超大采空区的特点,在开拓开采、采掘接续方面提出优化措施。 2)在安全监测方面,利用煤程序升温氧化实验对神东煤自燃指标性气体的优选结果,对重点区域展开重点监测,把自燃危险抑制在萌芽状态。 3)在通风系统方面,提出将神东矿区工作面“U”型通风方式转变为“U+L”型或者“Y”型通风。 4)在通风管理方面,结合神东矿区的作业情况,提出具体措施控制浮煤氧化,从而减少综采面回风隅角CO超限频率。 5)通过采取均压、采空区风阻调节、采空区注液态CO2以及工作面进回风侧联巷口注凝胶或三相泡沫等措施减少漏风以控制浮煤氧化,抑制采空区CO向回风隅角涌出,最后针对采煤工作面割煤和车辆进出对回风隅角CO的影响,提出相应的措施。
[Abstract]:Most of coal mining coal seam in Shendong mining area is easily spontaneous combustion coal seam, so there is a lot of natural fire hazard, which can be seen from the Spontaneous Combustion Accident in the mined mined mine in May 2012, so it is very important for the early prediction and prediction of coal spontaneous combustion in the coal face of Shendong mining area since.2000 years. But by monitoring the goaf, it is found that no sign gas is detected, and the coal temperature of the goaf has not been significantly increased, and the overlimit of CO in the corner of the return air corner has great disturbance to the prediction and prediction of coal spontaneous combustion. Therefore, the CO migration law in the super Large Goaf of Shendong is studied at the same time, and the CO control measures are put forward at the corner of the return air corner. It has very important significance for protecting mine safety production.
In this paper, the characteristics of the low temperature oxidation of Shendong coal are analyzed, and the mechanism and change rules of coal produced CO are studied by the thermal gravity difference heat (TG - DTA) analysis experiment, coal low temperature oxidation and temperature programmed experiment, and coal CO original occurrence experiment. Secondly, through the field measurement and the CFD simulation of the CO gas migration in the goaf and the combination of Shendong. The characteristics of Super Large Goaf in mining area, the movement law of CO in super large goaf is studied. Finally, the source of CO in the corner corner of the Shendong mining area is analyzed by the experimental research and the law of CO migration in the super large goaf, and the CO control measures are put forward in the corner corner of the return air.
The main contents and conclusions of this paper are as follows:
(1) it is recognized that coal as a complex and uncertain macromolecule, its active functional group and oxygen is the main cause and process of coal and oxygen reaction. Through industrial analysis, the coal characteristics of Shendong coal, microporous structure, specific surface area and active functional group all provide the material basis for low temperature oxidation. The process of low temperature oxidation of Shendong coal has been accelerated.
(2) the change of characteristic temperature and related parameters of coal during the heating process can be obtained by the thermogravimetric differential heat (TG - DTA) analysis experiment. By the low temperature oxidation experiment of coal and the heating experiment of coal program, the change law of coal in the process of temperature and temperature rise can be realized, and the different spontaneous combustion order of Shendong coal is obtained at the same time. A symbol of gas under the section.
(3) through the primary CO experiment in the coal seam, the CO content of the original coal samples in the Shendong coal seam can be tested. It can be seen that the original CO content in Shendong coal is very small and can be ignored. The result can provide the experimental basis for the analysis of the source of CO in the corner of the return air in the Shendong mining area.
(4) through the field observation of the distribution of CO and O2 in the Super Large Goaf of the fully mechanized mining face in Shendong mining area, the relationship between the "three belt" distribution and the CO is obtained. On this basis, the migration law of the mining area is simulated with the CFD software, and the accuracy of the simulation results is verified by comparison with the field observation data. The migration law of CO in super large goaf is obtained.
(5) on the basis of experiments and CFD simulation, the source of CO in the return air corner of Shendong working face is analyzed, and the CO control technology measures for return air corner are put forward.
1) in view of the characteristics of the Super Large Goaf in Shendong working face, the optimization measures are put forward in the aspects of exploiting, mining and mining.
2) in the aspect of safety monitoring, the optimum result of the coal spontaneous combustion index gas of Shendong coal is selected by the heating oxidation experiment of coal, and the key areas are monitored, and the danger of spontaneous combustion is suppressed in the bud.
3) in terms of ventilation system, it is proposed to transform the "U" ventilation mode of the Shendong mining area face to "U+L" or "Y" ventilation.
4) in terms of ventilation management, combined with the operation of Shendong mining area, specific measures are proposed to control the oxidation of floating coal, thereby reducing the CO overrun frequency at the corner of fully mechanized face.
5) through the adoption of pressure sharing, air resistance adjustment in goaf, injection of liquid CO2 in goaf, and injection of gel or three phase foam on the side of the working face to reduce air leakage to control the oxidation of coal floating coal, and to restrain the emission of CO from the goaf to the corner of the return air, finally, the corresponding measures are put forward to the effect of coal cutting and car moving in and out of the corner of the return air corner CO. Shi.
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TD752

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本文编号:1950177

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