基于红外探测技术的巷道火源预测预报研究

发布时间：2020-09-29 13:06

【摘要】：煤矿井下煤炭易自燃地点一是回采之后工作面进风顺槽与回风顺槽形成的采空区内,二是回采巷道内长期与空气接触的煤壁内,本文采取理论研究与相似模拟试验相结合的方法对此两种情况进行重点研究。煤矿回采巷道自然发火往往是在煤体内部距离煤壁表面一定深度的范围内发生的,基于巷道开挖后两侧煤柱上覆顶板压力作用下煤壁内部裂隙张开发育加剧,煤壁漏风量增加,通过建立围岩松动圈计算模型,从理论层面计算出煤壁内部的围岩塑性松动圈范围,为1.42m左右;并建立煤壁内部的高温点反演计算模型,通过YRH700红外热成像仪对煤壁表面的温度进行扫描后的结果,进一步反算出塑性松动圈范围内的高温点的具体位置和高温点的温度数值,并利用软件作出煤壁内部的等温线图;结合所选样本——汾西瑞泰井矿正明煤业有限公司0409工作面的推进速度、顶板跨落情况、巷道内CO、CO_2气体的监测情况,重点对工作面顺槽距离工作面端头13.1m~67m范围内的煤壁进行研究。针对工作面采空区的自然发火,结合“U型自然发火区”理论中的三带重新划分,确定易自燃带,并建立采空区自然发火煤堆模型,利用红外热成像仪对煤堆自燃的效果进行研究;分别研究了粒径大小对煤堆的传热影响、煤样含水性多少对煤堆的传热影响,测试了YRH700红外热像仪的最大有效探测距离和煤堆的最大有效传热厚度,为该项技术在煤矿井下的实际操作奠定了一定的理论参考数值,最后对煤堆内部高温热源的热量辐射趋势进行了研究,以期为采空区自燃后的灭火工作提供方向指导。通过以上试验,得出了以下结论:(1)0409顺槽巷道松动圈范围为4.34m,煤体内部的塑性松动圈范围是1.42m;(2)在顺槽中距离端头13.1m~67m的范围内40m、50m两处为反算结果温度值最高处,其位置深度也在松动圈范围之内,为1.5m左右,最高温度值为32℃左右,这两处应当作为0409工作面巷道防火的重点区段;(3)通过粒径试验得出了煤样粒径30mm时的煤堆传热速率最快,且可得出在煤堆孔隙度在一定范围内时,其传热速率与煤样粒径大小呈正相关;(4)通过距离试验得出了国产YRH700矿用本质安全型红外热成像仪的最大有效探测距离为6m,当探测距离大于6m时,高温区域与周围低温区的温差仍会在仪器中显示出来,但并不能提供高温区域的准确温度,无法对自燃的阶段进行判断;(5)通过水分试验得出了煤堆孔隙中的含水量对煤体的传热效果和传热速率均有影响,且当水分含量满足一定的极值域条件,即水分不会汽化吸热时,水分含量大小与煤堆的传热效果/传热速率均成负相关;(6)通过三种不同厚度的煤样试验,建立了以煤堆内部热源距离煤堆表面的距离(厚度)为自变量,以表面温度最高点H值与热源初始温度之差为因变量的最优拟合方程,并通过理论计算得出了该红外热像仪对于煤壁的最大有效探测深度,为33.628cm;(7)通过高温热源的热量辐射趋势试验得出了煤堆周围空气在受热之后,受热气体横向方向的运动轨迹呈“扁平状”,即热量首先向水平方向扩散,使周围冷空气温度上升,同时在竖直方向上热量以温度梯度的方式向外扩展,扩展轨迹类似于等温线模式;因此,采空区遗煤自燃之后防灭火的重点方向应为遗煤正上方,可在该区域内的未自燃区域加注惰性气体或黄泥浆等物质以防自燃范围进一步扩大;此试验为采空区遗煤自燃后的防灭火措施的施行提供方向性指导。本论文所有试验均是在红外探测技术的基础之上进行,对实际生产或工业性测试具有一定的理论指导和借鉴意义。
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD752.2
【图文】：

图 1-1 煤炭自燃过程及显现特征图1 The process of spontaneous combustion of coal and its charac煤炭自燃过程的详细阐述，知道煤炭自燃发生的必要身具有自燃倾向性且成一定块度的块状存在；②能够

技术路线示意图

图 2-1 巷道开挖后煤体应力变化Fig.2-1 Stress change of coal body after tunnel excavation图中（a）为煤体三向应力状态，各部分均处于应力平衡状态，在巷道开挖后，巷道两侧帮分别失去了向煤体内部方向的应力支撑，巷道上覆顶板失去了向

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本文编号：2829763