矿井瓦斯与煤自燃共生灾害:耦合关系、致灾机制、防控技术

发布时间：2022-02-10 15:04

　　为了探索矿井瓦斯与煤自燃共生灾害防控关键科学问题,研发智能化技术装备,保障高瓦斯易燃煤层安全开采,基于共生灾害多尺度、多时空、多物理化学场耦合的复杂演化过程,从瓦斯对煤炭氧化自燃的抑制和煤自燃对瓦斯爆炸极限的影响2个方面,分析共生灾害的耦合关系;考虑煤层瓦斯抽采过程中煤基质瓦斯-扩散-渗流、裂隙瓦斯-空气混流以及煤体吸附/解吸引起的煤基质变形过程,建立瓦斯抽采流-固耦合模型和煤自燃发火流-固-热耦合模型,揭示共生灾害致灾机制;归纳总结瓦斯与煤自燃共生灾害防控理论和技术,展望未来的发展趋势。研究结果表明:瓦斯与煤自燃共生灾害的发生是裂隙场内漏风氧气场、蓄热温度场、瓦斯分布场等多场耦合在时间维度上积累的结果,对其防控的关键在于共生灾害动态风险精准识别、实时预警和响应措施的快速执行。 

【文章来源】：中国安全科学学报. 2020,30(10)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

煤炭氧化自燃过程

瓦斯与煤自燃共生灾害耦合特征

或因采空区漏风及瓦斯抽采等因素的影响，遗煤出现氧化自燃现象，可能引发瓦斯爆炸或爆燃事故。煤炭氧化自燃产生的CO、C2H4、C2H2等主要指标性气体对瓦斯爆炸极限具有重要影响，CO混入CH4气体后，爆炸上限增大，下限减小，大大扩大了爆炸范围，同时，新鲜空气不断在发火区与非发火区之间进行热量对流和交换，增大了瓦斯爆炸发生的可能性[10]。随着遗煤氧化自燃产生的CO、C2H4、C2H2等气体浓度的增加，CH4消耗速率降低，促进了CO和CO2生成，CH4爆炸反应延迟时间有所增加，链式反应敏感性下降[11]，临界氧体积分数下降，在富氧状态下，爆炸强度增强。CO对CH4爆炸产生的H*、OH*、CH2O*等3种自由基发射光谱参数和压力参数的影响经历了由弱变强再变弱的过程[12]。因此，瓦斯气体中混入大量煤自燃指标气体后，混合气体的爆炸极限发生了改变，煤自燃产热为瓦斯爆炸提供了热源，并产生火风压，改变了瓦斯空间分布，增大了瓦斯爆炸的可能性和爆炸强度。

【参考文献】：
期刊论文
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[10]瓦斯与煤自燃并存条件下综放面防灭火技术研究[J]. 张伯涛.  煤炭工程. 2014(07)

博士论文
[1]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
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本文编号：3619057