东庞矿21219工作面瓦斯与煤自燃复合灾害防治技术优化模拟研究
发布时间：2021-12-09 00:10
近些年煤自燃引爆瓦斯的事故频频发生,预示着瓦斯与煤自燃复合灾害已经成为矿井重特大事故发生的根源,是保障煤矿安全生产的新挑战,因此引起了国内外专家学者的重视,研究发现采空区煤自燃灾害与瓦斯灾害之间存在着某种关联,在瓦斯与煤自燃复合灾害严重的矿井,将瓦斯与煤自燃完全独立开来研究是不可取的。本文以东庞矿21219工作面为研究背景,针对开采煤层2#煤高瓦斯且自燃的特性,基于瓦斯与煤自燃复合灾害的致灾机理,以2#煤的自燃氧化特性研究为切入点,重点对立体抽采条件下通风、抽采、注氮等技术参数对采空区瓦斯与煤自燃复合灾害的影响规律展开研究,包括瓦斯治理体系与防灭火技术体系的相互关系,以及瓦斯治理与防灭火技术最优参数确定的实验研究和现场考察,构建适用于立体抽采工作面的采空区瓦斯与煤自燃复合灾害综合防治技术体系,保障21219工作面生产过程中的高效安全开采。主要研究成果如下:（1）2#煤属于Ⅱ类自燃煤层,在低温氧化过程中,CO从30℃就开始出现,从130℃开始快速增加,C2H4开始出现在120℃130℃之间,从180℃开始快速增加,C
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
工程硕士专业学位论文10量值，配以工业性分析等参数，将煤的吸氧量值与工业分析结果综合评判，评判标准见表2-4，确定东庞矿2#煤自燃倾向性等级。表2-4自燃倾向性分类Table2-4Classificationofthetendencyofspontaneouscombustion2.2.2实验结果实验煤样工业分析及自燃倾向鉴定结果见表2-5。表2-5自燃倾向性实验结果Table2-5Experimentalresultsofthetendencyofspontaneouscombustion结合《东庞矿生产地质报告》和《东庞矿2#煤层煤自燃倾向性鉴定报告》可得知，东庞矿21219工作面开采煤层属于Ⅱ类自燃煤层。2.3自然发火指标气体测定（DeterminationofIndexGasofSpontaneousCombustion）2.3.1实验系统利用自主搭建的低温氧化模拟实验系统测定东庞矿21219工作面煤样的自然发火指标气体，该系统主要由程序升温系统、供气系统、气体分析系统组成，如图2-2所示。图2-2低温氧化模拟实验系统示Figure2-2Sketchmapoflowtemperatureoxidationsimulationexperimentsystem自燃倾向性等级自燃倾向性Vdaf>18%Vdaf≤18%吸氧量Vd，cm3/g吸氧量Vd，cm3/g全硫SQⅠ容易自燃Vd＞0.70Vd≥1.00≥2.00Ⅱ自燃0.40＜Vd≤0.70Vd＜1.00Ⅲ不易自燃Vd≤0.40＜2.00工业分析（%）煤的吸氧量Vd，cm3/g干煤自燃倾向性MadAdVdafVadVdⅡ类自燃1.8010.9135.8231.910.60
工程硕士专业学位论文14图2-4电子自旋共振波谱仪Figure2-4ESRspectrometer2.4.2实验过程（1）煤样制备实验煤样取自21219工作面煤壁，密封包装后送至实验室。将原始煤样剥去表面氧化层后，破碎并筛分出粒径为<200目的颗粒，置于干燥箱中在氮气保护下于70℃干燥1小时，然后将处理后的煤样置于样品瓶中用石蜡密封待测。（2）测定过程ESR测定参数按表2-7进行设置，用天平（精度十万分之一）称取5mg煤样立即放入样品管中，设置升温区间为30~230℃，升温速率为1℃/min，使用电子流量计控制干空气流量为5ml/min，在温度分别为30℃、80℃、130℃、180℃、230℃时启动自由基测定程序，得到ESR波谱。表2-7ESR实验参数Table2-7ESRexperimentalparameters（3）数据处理ESR波谱中朗德因子g是表征样品分子内部结构特征的量，可以通过仪器配套软件可以直接计算出g因子的值。样品自由基浓度无法由ESR谱图直接读出，需在相同的实验参数下测定已知自由基浓度的标准样品Tempol的ESR波谱，来标定煤样中的自由基浓度。ESR谱图呈现对称性，波峰面积与波谷面积之和即为谱图面积，待测煤样与标准样品的自旋数之比等于谱图面积之比，即Nx/Ns=Ax/As（s代表标准样品，x代表待测煤样），由ESR谱图面积即可得出煤样的自旋数，再根据煤样的用量可得到自由基浓度Ng。2.4.3实验结果根据低温氧化至不同温度时煤样的ESR实验结果，可以得到东庞矿2#煤分别氧化至30℃（原始煤样）、80℃、130℃、180℃、230℃时的ESR谱图，如图磁场强度扫描范围微波频率微波功率调制频率调制幅度扫描时间337mT10mT9.40GHz10mW100kHz0.2mT60s
【参考文献】：
期刊论文
[1]高瓦斯工作面安全封闭火区技术探讨[J]. 毕强. 矿业安全与环保. 2014(04)
[2]高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理研究[J]. 杨胜强,秦毅,孙家伟,蒋春林,伦嘉云. 煤炭学报. 2014(06)
[3]采空区自燃“三带”分布规律的四维动态模拟[J]. 时国庆,胡方坤,王德明,王帅领. 中国矿业大学学报. 2014(02)
[4]瓦斯立体抽采系统中采空区漏风实测及模拟研究[J]. 杨胜强,张枚润,王大强. 煤炭科学技术. 2013(03)
[5]近距离煤层综放面瓦斯与煤自燃复合灾害防治技术研究[J]. 秦波涛,鲁义,殷少举,曹凯,王美光. 采矿与安全工程学报. 2013(02)
[6]瓦斯与煤自燃共存研究（Ⅱ）:防治新技术[J]. 周福宝,夏同强,史波波. 煤炭学报. 2013(03)
[7]含瓦斯风流条件下煤自燃产物CO生成规律的实验研究[J]. 宋万新,杨胜强,蒋春林,牛杰. 煤炭学报. 2012(08)
[8]基于非达西渗流的采空区自然发火数值模拟[J]. 秦跃平,刘伟,杨小彬,罗维,郝永江. 煤炭学报. 2012(07)
[9]高位巷道瓦斯抽采诱导浮煤自燃影响效应[J]. 褚廷湘,刘春生,余明高,赵志军,徐全. 采矿与安全工程学报. 2012(03)
[10]瓦斯与煤自燃共存研究（Ⅰ）:致灾机理[J]. 周福宝. 煤炭学报. 2012(05)
博士论文
[1]顶板巷瓦斯抽采诱导遗煤自燃机制及扰动效应研究[D]. 褚廷湘.重庆大学 2017
[2]采空区遗煤氧化升温时空演化机制研究[D]. 周佩玲.北京科技大学 2017
[3]瓦斯与煤自燃多场耦合致灾机理研究[D]. 夏同强.中国矿业大学 2015
[4]综放采空区遗煤自然发火规律及高效防治技术[D]. 曹凯.中国矿业大学 2013
[5]含瓦斯风流对煤自燃氧化特性影响的理论及应用研究[D]. 宋万新.中国矿业大学 2012
[6]高瓦斯易自燃采空区双层遗煤均压通风系统研究[D]. 邵昊.中国矿业大学 2011
[7]采空区气体三维多场耦合规律研究[D]. 车强.中国矿业大学（北京） 2010
[8]综放开采覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律及工程应用[D]. 林海飞.西安科技大学 2009
[9]煤炭自燃自由基反应机理的实验研究[D]. 位爱竹.中国矿业大学 2008
[10]高瓦斯易自燃采空区瓦斯与自燃耦合研究[D]. 李宗翔.辽宁工程技术大学 2007
硕士论文
[1]东庞煤矿瓦斯与煤自燃复合灾害危险区域现场观测及模拟研究[D]. 卜诚亚.中国矿业大学 2019
[2]“Y+高抽巷”工作面采空区瓦斯与氧气浓度场分布规律及其在灾害防治中的应用[D]. 周一力.中国矿业大学 2019
[3]单一厚煤层高瓦斯综放面上隅角瓦斯积聚与超限治理技术优化[D]. 杨盼.中国矿业大学 2018
本文编号：3529519
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
工程硕士专业学位论文10量值，配以工业性分析等参数，将煤的吸氧量值与工业分析结果综合评判，评判标准见表2-4，确定东庞矿2#煤自燃倾向性等级。表2-4自燃倾向性分类Table2-4Classificationofthetendencyofspontaneouscombustion2.2.2实验结果实验煤样工业分析及自燃倾向鉴定结果见表2-5。表2-5自燃倾向性实验结果Table2-5Experimentalresultsofthetendencyofspontaneouscombustion结合《东庞矿生产地质报告》和《东庞矿2#煤层煤自燃倾向性鉴定报告》可得知，东庞矿21219工作面开采煤层属于Ⅱ类自燃煤层。2.3自然发火指标气体测定（DeterminationofIndexGasofSpontaneousCombustion）2.3.1实验系统利用自主搭建的低温氧化模拟实验系统测定东庞矿21219工作面煤样的自然发火指标气体，该系统主要由程序升温系统、供气系统、气体分析系统组成，如图2-2所示。图2-2低温氧化模拟实验系统示Figure2-2Sketchmapoflowtemperatureoxidationsimulationexperimentsystem自燃倾向性等级自燃倾向性Vdaf>18%Vdaf≤18%吸氧量Vd，cm3/g吸氧量Vd，cm3/g全硫SQⅠ容易自燃Vd＞0.70Vd≥1.00≥2.00Ⅱ自燃0.40＜Vd≤0.70Vd＜1.00Ⅲ不易自燃Vd≤0.40＜2.00工业分析（%）煤的吸氧量Vd，cm3/g干煤自燃倾向性MadAdVdafVadVdⅡ类自燃1.8010.9135.8231.910.60
工程硕士专业学位论文14图2-4电子自旋共振波谱仪Figure2-4ESRspectrometer2.4.2实验过程（1）煤样制备实验煤样取自21219工作面煤壁，密封包装后送至实验室。将原始煤样剥去表面氧化层后，破碎并筛分出粒径为<200目的颗粒，置于干燥箱中在氮气保护下于70℃干燥1小时，然后将处理后的煤样置于样品瓶中用石蜡密封待测。（2）测定过程ESR测定参数按表2-7进行设置，用天平（精度十万分之一）称取5mg煤样立即放入样品管中，设置升温区间为30~230℃，升温速率为1℃/min，使用电子流量计控制干空气流量为5ml/min，在温度分别为30℃、80℃、130℃、180℃、230℃时启动自由基测定程序，得到ESR波谱。表2-7ESR实验参数Table2-7ESRexperimentalparameters（3）数据处理ESR波谱中朗德因子g是表征样品分子内部结构特征的量，可以通过仪器配套软件可以直接计算出g因子的值。样品自由基浓度无法由ESR谱图直接读出，需在相同的实验参数下测定已知自由基浓度的标准样品Tempol的ESR波谱，来标定煤样中的自由基浓度。ESR谱图呈现对称性，波峰面积与波谷面积之和即为谱图面积，待测煤样与标准样品的自旋数之比等于谱图面积之比，即Nx/Ns=Ax/As（s代表标准样品，x代表待测煤样），由ESR谱图面积即可得出煤样的自旋数，再根据煤样的用量可得到自由基浓度Ng。2.4.3实验结果根据低温氧化至不同温度时煤样的ESR实验结果，可以得到东庞矿2#煤分别氧化至30℃（原始煤样）、80℃、130℃、180℃、230℃时的ESR谱图，如图磁场强度扫描范围微波频率微波功率调制频率调制幅度扫描时间337mT10mT9.40GHz10mW100kHz0.2mT60s
【参考文献】：
期刊论文
[1]高瓦斯工作面安全封闭火区技术探讨[J]. 毕强. 矿业安全与环保. 2014(04)
[2]高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理研究[J]. 杨胜强,秦毅,孙家伟,蒋春林,伦嘉云. 煤炭学报. 2014(06)
[3]采空区自燃“三带”分布规律的四维动态模拟[J]. 时国庆,胡方坤,王德明,王帅领. 中国矿业大学学报. 2014(02)
[4]瓦斯立体抽采系统中采空区漏风实测及模拟研究[J]. 杨胜强,张枚润,王大强. 煤炭科学技术. 2013(03)
[5]近距离煤层综放面瓦斯与煤自燃复合灾害防治技术研究[J]. 秦波涛,鲁义,殷少举,曹凯,王美光. 采矿与安全工程学报. 2013(02)
[6]瓦斯与煤自燃共存研究（Ⅱ）:防治新技术[J]. 周福宝,夏同强,史波波. 煤炭学报. 2013(03)
[7]含瓦斯风流条件下煤自燃产物CO生成规律的实验研究[J]. 宋万新,杨胜强,蒋春林,牛杰. 煤炭学报. 2012(08)
[8]基于非达西渗流的采空区自然发火数值模拟[J]. 秦跃平,刘伟,杨小彬,罗维,郝永江. 煤炭学报. 2012(07)
[9]高位巷道瓦斯抽采诱导浮煤自燃影响效应[J]. 褚廷湘,刘春生,余明高,赵志军,徐全. 采矿与安全工程学报. 2012(03)
[10]瓦斯与煤自燃共存研究（Ⅰ）:致灾机理[J]. 周福宝. 煤炭学报. 2012(05)
博士论文
[1]顶板巷瓦斯抽采诱导遗煤自燃机制及扰动效应研究[D]. 褚廷湘.重庆大学 2017
[2]采空区遗煤氧化升温时空演化机制研究[D]. 周佩玲.北京科技大学 2017
[3]瓦斯与煤自燃多场耦合致灾机理研究[D]. 夏同强.中国矿业大学 2015
[4]综放采空区遗煤自然发火规律及高效防治技术[D]. 曹凯.中国矿业大学 2013
[5]含瓦斯风流对煤自燃氧化特性影响的理论及应用研究[D]. 宋万新.中国矿业大学 2012
[6]高瓦斯易自燃采空区双层遗煤均压通风系统研究[D]. 邵昊.中国矿业大学 2011
[7]采空区气体三维多场耦合规律研究[D]. 车强.中国矿业大学（北京） 2010
[8]综放开采覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律及工程应用[D]. 林海飞.西安科技大学 2009
[9]煤炭自燃自由基反应机理的实验研究[D]. 位爱竹.中国矿业大学 2008
[10]高瓦斯易自燃采空区瓦斯与自燃耦合研究[D]. 李宗翔.辽宁工程技术大学 2007
硕士论文
[1]东庞煤矿瓦斯与煤自燃复合灾害危险区域现场观测及模拟研究[D]. 卜诚亚.中国矿业大学 2019
[2]“Y+高抽巷”工作面采空区瓦斯与氧气浓度场分布规律及其在灾害防治中的应用[D]. 周一力.中国矿业大学 2019
[3]单一厚煤层高瓦斯综放面上隅角瓦斯积聚与超限治理技术优化[D]. 杨盼.中国矿业大学 2018
本文编号：3529519
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