红庆河煤矿综放面采空区自燃预测与防治研究

发布时间：2020-09-30 13:38

　　采空区遗煤自燃是矿井生产中面临的主要安全问题之一,特别是针对工作面较长的矿井,其氧化带范围大,对于采空区煤自燃防治比较棘手。本文以红庆河煤矿102工作面为研究对象,利用试验研究、现场实测、数值模拟等研究手段对红庆河采空区煤自燃防治技术进行了分析和研究。首先,利用程序升温实验平台,测定了不同粒径煤样以及在不同氧浓度条件下煤氧化产生的各气体浓度,并根据测得试验数据计算出煤样在不同氧浓度条件下的耗氧速率,并确定出红庆河煤矿102工作面煤自燃指标气体。通过束管监测系统测出102工作面采空区两侧的氧气浓度分布,根据现场资料和经验公式计算出采空区遗煤分布,结合第二章计算煤的耗氧速率计算出采空区漏风强度,并根据该矿的煤自燃极限参数,划分出采空区煤自燃危险区域,并以此计算出工作面极限日推进速度。通过数值模拟软件,模拟了注氮前后采空区内的风流场和氧气浓度分布的变化规律,并分别选取采空区不同的注氮位置,对比分析不同注氮方案对采空区氧浓度分布的影响,由此确定最佳的注氮位置;同时定量分析采空区注氮对采空区氧浓度的影响,确定出最佳的注氮量,最后分析了注氮量对工作面氧气浓度的影响。最后,根据以上所做的研究,结合红庆河煤矿的实际情况,提出了具体的防灭火措施,包括预防煤自燃的日常生产措施,采空区煤自燃的早期预测预报指标以及预防和治理采空区煤自燃的技术,设计了现场注氮的实际注氮量和注氮管路,为本煤层后期开采过程中防灭火工作提供指导。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD752.2
【部分图文】：

技术路线图,采空区,煤自燃,采空区流场

浓度分布验证了数值模拟的可靠性，对比研究了注氮前后采空区内风流流场和气体场的变化；研究了不同注氮参数下采空区内氧气浓度的变化及采空区三带范围的变定了最佳的注氮参数。（4）根据红庆河煤矿 102 工作面的煤样特性及数值模拟的结果，建立煤自燃早期系统，针对该工作面的情况，设计了注氮防灭火具体措施。.3.2 技术路线本文采用实验研究、现场实测、数值模拟相结合的方法，分析了采空区煤自燃特出煤自燃指标气体，根据采空区束管监测的氧浓度分布结果，结合煤自燃极限参数分出煤自燃三带。利用 FLUENT 软件模拟采空区流场和气体浓度场，与现场实测的度结果相验证，同时模拟在注氮条件下采空区流场和气体浓度场，对比分析了注氮空区流场和氧浓度分布的影响，并通过模拟不同的注氮位置下和注氮量下采空区氧的变化，得出最佳的注氮参数。基于以上研究结果，提出了预防煤自燃的日常防灭施，建立采空区煤自燃预报系统，选用相应的采空区防灭火技术措施，保障回采过安全生产。

程序升温实验

图 2.1 程序升温实验装置件红庆河煤样通过S~式碎煤机破碎，然后经过人工筛选出煤样粒径9~3mm，3~5mm，5~7mm，7~10mm，以及在各种粒径中分别取煤样，各称重 1000g。的不同粒径的煤样及混样称重 1kg 后装入程序升温箱内的钢管，进行程序升温实验。通入气体流量为 120 ml/min，升温速率为 0变量为煤体粒径和孔隙率，7-8 号煤样的变量为氧浓度，氧浓度分21%，具体实验条件见表 2.1 所示。表 2.1 程序升温实验条件平均粒径/mm试管煤高煤重/kg煤体积/cm3密度/g·cm-3空隙率/%氧浓度/%0.47 14.90 1 1294.50 0.85 0.43 21 1.90 15.80 1 1236.50 0.83 0.45 21 4.10 16.30 1 1248.60 0.78 0.45 21

变化曲线,CO浓度,温度变化曲线,粒径

实验分别测定了在红庆河煤样在不同粒径和不同氧浓度条件下各煤样缓慢升温过程中生成的气体量，包括 CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6等。CO 浓度的变化曲线不同煤样氧化升温过程 C2H4气体生成规律如图 2.2~2.3 所示。

【参考文献】