采空区压注二氧化碳的分布规律及工艺参数优化

发布时间：2020-05-01 03:28

【摘要】：矿井煤层开采使用综采放顶煤技术相比其他采煤方法在产量和成本方面有明显优势,但是开采过后顶煤回收以后造成遗煤散落较多,采容易引发采空区散落煤体自燃发火。煤炭自燃不仅会影响生产,还可能引发瓦斯爆炸事故,直接威胁到井下工人生命安全。采空区注二氧化碳防灭火技术作为一种有效防治采空区自燃的手段,可以影响并降低采空区氧气浓度分布,进而减小氧化带宽度,由此可见合理的压注二氧化碳工艺参数,即不同的压注位置及压注流量,是决定压注效果的重要依据。论文研究的姚桥矿7271工作面,采用综合机械化放顶煤工艺开采,煤厚5m,工作面倾向长度达260m且伴有俯采,由于缺乏对大长度倾向的采空区遗煤自燃防治经验,论文在理论分析基础上通过数值模拟和现场实测相结合的方法研究分析该工作面合理的注二氧化碳工艺参数,有助于为其它工作面进行注二氧化碳防灭火治理时提供参考。(1)利用FLUENT计算机模拟软件建立7271综放工作面物理模型,模拟采空区压注二氧化碳前氧气浓度分布情况。模拟结果表明:进风侧28.6～85.7m为自燃带,进风侧氧化带宽度为57.1m;采空区中部最大氧化带范围为15.7～95.7m,氧化带宽度达80m。(2)在该采空区模型的基础上,进行不同压注参数下注二氧化碳模拟。通过对比5组不同二氧化碳压注位置时采空区自燃“三带”分布情况表明:X(压注口到工作面距离)=20m时,最大氧化带宽度缩小幅度高达41.0%,减小了32.8m。确定注二氧化碳口位置距工作面20m处,对比5组不同二氧化碳压注流量时采空区自燃三带分布情况,当压注流量为2000m~3/h时最大氧化带宽度降低了52.8m,和压注流量为2500m~3/h时对采空区惰化效果已相差不大,且更利于工作面安全生产,故确定7271工作面采用的合理压注位置为X=20m,合理压注流量为2000m~3/h。(3)通过对比压注二氧化碳前后7271综放面进风侧布置束管监测系统测得的氧气浓度变化情况:压注二氧化碳之前进风侧工作面后25.2～84.0m为自燃带,氧化带宽度为58.8m。压注二氧化碳之后进风侧工作面后18.9～65.1m为自燃带,氧化带宽度为46.2m。对比发现,自然带宽度减小了12.6m左右,自然带边界提前了20m左右,说明注二氧化碳可以有效减小自然带宽度。显然,现场实测数据对数值模拟结果有较好的印证,误差在在要求范围内,模型有效可用于后续分析。(4)分析在合理注二氧化碳参数下采空区自燃“三带”模拟情况的二氧化碳浓度分布规律得出:当向采空区注入高浓度二氧化碳后,首先会在注气口中心形成浓度90%以上的二氧化碳气团区域;之后二氧化碳向周围漫延,漫延范围内浓度逐渐递减,在注气口周围形成中心高四周低的分布;沿走向方向上越靠近工作面的区域二氧化碳浓度越低;沿倾向方向越靠近回风侧二氧化碳浓度越低;采空区深部二氧化碳则由于随着埋深增加孔隙率变小,而浓度逐渐降低。
【图文】：

技术路线图,氧化碳,浓度分布,边界条件

技术路线图

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3 采空区未注二氧化碳自燃“三带”分布的数值模拟空区未注二氧化碳自燃“三带”分布的数值Numerical simulation of the distributiontaneous combustion "three band" before caxide injection in the goaf姚桥煤矿及 7271 工作面概况（The survey of Yao Qiao and 7271 working face）地理位置及概况桥煤矿位于大屯煤电的东部矿区，，在江苏省沛县和山东省微山县境 17km，东临昭阳湖，距微山县约 10km。其地理位置见图 3-1。
【学位授予单位】：华北科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD752.2

【参考文献】