瓦斯抽采下沿空留巷工作面采空区遗煤自燃发生机制研究

发布时间：2020-11-12 00:00

　　 高瓦斯自燃矿井中,瓦斯抽采与采空区遗煤自燃是相互影响、相互制约的。目前,沿空留巷技术的应用可以很好解决工作面上隅角瓦斯超限问题,然而随着工作面推进采空区及沿空留巷顶板岩层失稳破碎,沿空留巷工作面采空区漏风增大,采空区遗煤自燃危险增大。因此,弄清其内在规律,做到矿井瓦斯不超限、采空区遗煤不自燃是高瓦斯易自燃矿井工作的重中之重,也是国内外学者亟待研究的重点。本文主要结合沙曲矿24208“Y”型通风及现有瓦斯抽采技术,根据采空区氧化自燃实际情况,通过煤低温氧化动力学参数测试,系统研究煤样的氧化升温、耗氧、以及气体发生规律,实验得到煤层的氧化特征参数;明确沿空留巷采空区上覆煤岩裂隙演化特征,定性分析抽采方式对采空区漏风的影响;通过数值模拟得到采空区渗流风速及氧气浓度分布,掌握采空区流场扰动规律;基于实验、实测及模拟的系统研究,对瓦斯抽采下沿空留巷工作面采空区自燃规律及发生机制进行研究。通过实验研究确定了24208采空区煤样的耗氧速度随着其粒径的变小而增大,当达温度达到120℃后这种趋势更加明显,通过分析低温氧化下自燃特征参数确定煤样属于Ⅱ类自燃;分析了工作面采空区顶板裂隙漏风通道及充填墙体裂隙通道,确定了瓦斯抽采下沿空留巷工作面采空区漏风源汇关系;实测分析确定了采空区不同倾向范围自燃危险区域;通过数值模拟,发现模拟结果与实测基本吻合。最终确立了瓦斯抽采下沿空留巷工作面采空区遗煤自燃规律及发生机制。论文根据采空区遗煤发生自燃所需的条件,实验分析不同粒径煤本身自燃属性,特别是对瓦斯抽采下“Y”型通风采空区遗煤通风供氧发生机制,蓄热条件等进行研究分析。研究成果对类似条件下采空区遗煤自燃防治有重要指导意义。
【学位单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TD712.6
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究意义及目的
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 高瓦斯工作面自燃治理现状
        1.2.2 沿空留巷充填支护及上覆煤岩稳定研究现状
        1.2.3 抽采条件对采空区漏风流场影响研究
        1.2.4 瓦斯抽采诱导采空区浮煤自燃机制研究
    1.3 课题提出及意义
    1.4 本文研究内容
    1.5 技术路线
2 煤自燃特征及标志性气体实验研究
    2.1 实验原理
    2.2 实验装置
        2.2.1 实验台气路部分
        2.2.2 煤自燃实验控温部分
        2.2.3 实验气体采集与分析系统
    2.3 实验基本条件
    2.4 实验结果及分析
        2.4.1 耗氧速度结果分析
        2.4.2 氧化气体及产生率分析
        2.4.3 放热强度分析
        2.4.4 指标气体测试
        2.4.5 临界温度和干裂温度确定
        2.4.6 煤的自燃倾向性判定
    2.5 小结
3 沿空留巷工作面采空区上覆裂隙通道演化特征研究
    3.1 矿压及裂隙演化特征
        3.1.1 矿山压力概念
        3.1.2 沿空留巷阶段矿压规律
    3.2 沿空留巷工作面上覆岩层裂隙演化规律
        3.2.1 采空侧顶板结构运动
        3.2.2 沿空留巷侧上覆围岩裂隙发育
        3.2.3 裂隙带高度的经验计算
    3.3 沿空留巷工作面采空区漏风通道
    3.4 小结
4 沿空留巷工作面采空区漏风通道识别及自燃危险区域判定
    4.1 示踪气体漏风测试
        4.1.1 漏风测试原理
        4.1.2 现场测试装备
        4.1.3 测试步骤
        4.1.4 测点结果及分析
    4.2 风量损失分析
        4.2.1 工作面漏风特征
        4.2.2 工作面漏风“源汇”定量分析
    4.3 瓦斯抽采系统下采空区自燃危险区域判定
        4.3.1 实测技术手段
        4.3.2“Y”型实测技术方案
        4.3.3 采空区氧气浓度变化规律
        4.3.4 采空区温度变化规律分析
        4.3.5 Y型采空区自燃危险区域判定
    4.4 采空区漏风流场数值分析
        4.4.1 24208工作面物理模型及模拟研究方案
        4.4.2 24208采空区流场数值模拟分析
    4.5 小结
5 立体瓦斯抽采下沿空留巷采空区遗煤自燃发生机制
    5.1 遗煤自燃影响因素
        5.1.1 煤的自燃倾向性影响因素及判定
        5.1.2 煤层地质赋存条件
        5.1.3 开采技术因素
        5.1.4 通风因素
    5.2 沿空留巷采空区漏风模式
        5.2.1 漏风通道模式
        5.2.2 漏风动力来源
    5.3 瓦斯抽采诱导浮煤自燃作用机制
        5.3.1 瓦斯抽采与自燃因素关联性分析
        5.3.2 立体瓦斯抽采诱导浮煤自燃耦合作用机制
    5.4 小结
6 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 存在问题及展望
参考文献
作者简历
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本文编号：2879940