岩浆岩床下伏煤层采空区煤自燃致灾机制与防治对策

发布时间：2020-05-31 04:18

【摘要】：近年来,随着煤炭开采深度和强度的日益增大,采空区煤自燃的灾害问题日益突出,特别是针对高瓦斯易自燃煤层。存在提高瓦斯安全性的同时也必将使自然发火的安全性降低,反之,降低自然发火危险性的同时又不能满足安全排放瓦斯的要求,容易导致两种安全隐患的顾此失彼的失衡问题。本文以杨柳矿实验工作面采空区为研究对象,通过实验测试、数值模拟、现场观测和理论分析的方法,研究高瓦斯易自燃煤层采空区煤自燃致灾机理,为矿井日常的安全生产提供理论依据。本文在研究的过程中获得主要结论如下:(1)通过实验室测定有无岩床覆盖的煤层的瓦斯基本物性参数和自燃倾向等级,得出二者煤层的自燃倾向等级均为II类自燃煤层,且岩浆侵入的热变质作用使得煤层的变质程度增加,促进了煤层孔隙结构的发育,提高了煤层的吸附和储集瓦斯的能力。(2)利用3DEC数值模拟二者采空区上覆岩层的裂隙发育情况,并依次建立采空区三维几何模型,并运用Comsol数值模拟软件仿真三维采空区的应力、孔隙率和渗透率分布,发现两者采空区原始应力、采后应力、孔隙率和渗透率分布规律相似,但侵入的岩浆岩以厚硬岩床形式赋存于煤层上方,且岩床本身具有质地坚硬、不易破断等特点,一定程度上充当了矿井关键层的角色,厚硬岩床对覆岩的支撑作用使得其在未发生破断前有效的承载了上覆岩层的重力,阻碍了应力的向下传递,造成煤层上部与岩床下部之间的煤岩体堆积松散,裂隙通道发育,采空区压实程度降低,孔隙率和渗透率明显增大。(3)基于对应力、孔隙率和渗透率研究的基础上,对比分析有无岩床覆盖二者采空区流场分布特征和自燃三带分布范围,并辅以现场观测作为验证,得出数值模拟具有一定的可靠性,其自燃带和气体浓度场的分布可以用于指导现场实践。同时分析了不同供风量对岩床下伏煤层采空区自燃三带分布范围的影响,得出随着供风量的增加,自燃三带分布范围逐渐扩大,并逐渐远离工作面向采空区深部移动。(4)针对工作面后方采空区自燃发火特征,构建了“胶体堵漏、泡沫覆盖、惰气稀氧”的综合防灭火手段,以及“插管注胶、埋管注惰及注泡、钻孔注惰及注泡”相结合的防灭火介质灌注工艺,对采空区遗煤空间进行“立体覆盖、快速惰化”,有效防治了采空区遗煤自燃。
【图文】：

路线图,研究技术,路线图

硕士学位论文中的安全技术参数，指导矿井安全高效生产。究方法和技术路线方法采用理论分析、实验研究、现场试验和大量现场资料与数究方法，以采空区煤自燃为主线，以致灾机理为研究目标，分析。研究首先通过建立数值计算模型，以现场试验中实测度等数据为依据，利用参数拟合反演采空区基础数据和模型是有限元数值方法，通过模拟试验，进行理论规律的分析。技术路线图如图 1-3 所示。

矿岩,剖面示意图,平面,煤样

14图 2-2 杨柳矿岩浆岩分布平面和剖面示意图Figure 2-2 Plan and section views of the igneous sills2.2 岩床对下伏煤层瓦斯参数的影响（The Influence on the GasOccurrence of Coal Seam under Magmatic Rock）岩浆侵入作为一种热事件，其热演化作用必然会对下伏煤体多元物性特征产生一定的影响。为此，前期在杨柳煤矿 10 煤层的 104、106、107 采区取了 6 组煤样作为研究对象，，进行镜质组反射率测定、电镜扫描、孔隙结构、工业分析、瓦斯吸附特性、突出指标测定等实验。取样位置如图 2-2 和表 2-1。1#、2#、3#煤样分别取自 106、104 采区 10 煤层，同第二层岩浆岩床的垂直距离近似相等，4#、5#、6#煤样取自 107 采区 10 煤层，附近区域无岩浆岩赋存。故而认为 1#~3#煤样受岩浆侵蚀影响，而 4#~6#煤样不受岩浆侵蚀影响，可通过对比实验分析岩浆侵入对下伏煤层瓦斯赋存规律的控制作用。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD752.2

【参考文献】