高瓦斯易自燃煤层采空区CO_2防灭火技术研究

发布时间：2017-03-28 03:10

  本文关键词：高瓦斯易自燃煤层采空区CO_2防灭火技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：左权和顺矿区一缘矿主采煤层是15#高瓦斯易自燃煤层，瓦斯灾害与采空区煤自燃灾害是矿井高产高效开采过程中要解决的两个主要矿井灾害。针对高瓦斯易自燃矿井灾害防治技术开展研究，这既有利于煤炭企业的安全高效开采，又能降本增效保证安全技术工作稳定性。本文以高瓦斯易自燃采空区CO2防灭火技术为研究对象，分别采用实验研究、现场监测和数值模拟等方法对CO2抑制采空区遗煤自燃机理、采空区注CO2后自燃三带分布变化、采空区注CO2对高抽巷瓦斯抽采影响三方面进行了研究。 (1) CO2抑制采空区遗煤自燃机理：采空区煤自燃灾害的防治首先必须要研究防治技术的机理，采空区遗煤在注CO2、低O2、漏风等复杂条件下的自燃研究是复杂的。通过太原理工大学安全工程技术研究中心自行设计的气体置换-吸附实验装置进行CO2/CH4吸附与置换吸附实验。得出采空区遗煤（常温常压、混合粒径）CO2/CH4单位吸附量和CO2对煤体中CH4置换率。在此基础上应用程序升温、红外光谱、热重实验3种实验方法对比分析了CO2抑制煤自燃特性在指标气体生成、官能团和自燃特征温度区间等方面的变化规律。并对煤吸附CO2后自燃特性抑制机理进行了分析。 (2)采空区注CO2后自燃三带分布变化：高瓦斯易自燃采空区CO2防灭火技术研究中掌握其在现场应用中的规律和效果是本论文研究的又一重点内容。根据采空区束管监测系统的实际采样分析，采空区注CO2后漏风流场和煤自燃指标气体产生情况均发生了变化，采空区自燃“三带”范围进行了重新划分，漏风带显著缩短，氧化带前移并缩短。采空区遗煤在采空区70m处即进入窒息带。并根据自燃“三带”影响因素提出进一步优化的技术措施。 (3)采空区注CO2对高抽巷瓦斯抽采影响：高瓦斯易自燃采空区CO2防灭火技术在防治煤自燃灾害的同时对采空区瓦斯抽采的影响研究。以一缘煤矿采空区灌注CO2防灭火为工程背景，建立多场耦合条件下采空区瓦斯运移模型。引入多孔介质物质传递方程和Fick定理，以N-S方程和Brinkman方程来构建工作面和采空区气体运移模型。在多物理场耦合统一条件下建立了适用于150109工作面CO2防灭火条件下瓦斯流动数学模型。并结合一缘矿高抽巷瓦斯监测数据进行验证得出采空区CO2防灭火条件下高抽巷瓦斯抽采量略微下降、抽采浓度上升的变化规律。 通过上述三个方面的综合研究、对比分析，本论文对高瓦斯易自燃采空区CO2防灭火技术在CO2惰化煤体机理、注CO2后采空区自燃“三带”和瓦斯抽采变化方面有了进一步的认识。并建议一缘矿尝试在高瓦斯易自燃煤层开采中将CO2防灭火技术和高抽巷瓦斯抽采技术的联合应用，建立两种灾害的综合治理技术体系，对一缘煤矿的安全生产工作起到了一定的指导意义。
【关键词】：高瓦斯易自燃 CO2防灭火技术 置换吸附 自燃特性 自燃“三带” 瓦斯抽采 综合治理
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD752.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究概况13-17
• 1.2.1 煤自燃相关机理方面研究13-14
• 1.2.2 CO_2惰化性能相关研究14-15
• 1.2.3 采空区自燃“三带”划分理论与方法15
• 1.2.4 采空区瓦斯抽采对浮煤自燃影响15-16
• 1.2.5 CO_2防灭火技术参数研究16-17
• 1.3 研究内容和目标17-20
• 1.3.1 研究内容17
• 1.3.2 研究路线17-20
• 第二章 采空区遗煤 CO_2/CH_4气体吸附及置换规律研究20-42
• 2.1 一缘矿煤样基础参数测定20-29
• 2.1.1 一缘矿煤样采集及工业分析20-22
• 2.1.2 一缘矿煤样的含硫量测定22-23
• 2.1.3 一缘矿煤样自燃倾向性鉴定23-26
• 2.1.4 一缘矿煤样孔隙结构参数26-29
• 2.2 CO_2对煤体中 CH_4置换吸附实验29-40
• 2.2.1 实验煤样及装置条件30-31
• 2.2.2 煤对 CO_2/CH_4吸附实验31-36
• 2.2.3 CO_2对煤体中 CH_4置换吸附实验36-40
• 2.3 本章小结40-42
• 第三章 采空区遗煤吸附 CO_2前后自燃特性研究42-54
• 3.1 实验条件及过程42-44
• 3.2 实验结果及分析44-52
• 3.2.1 程序升温实验结果及分析44-47
• 3.2.2 红外光谱实验结果及分析47-48
• 3.2.3 热重实验结果及分析48-49
• 3.2.4 程序升温试验耗氧速度对比分析49-52
• 3.3 本章小结52-54
• 第四章 采空区注 CO_2后自燃“三带”变化规律研究54-72
• 4.1 一缘矿矿井及试验工作面概况54-57
• 4.2. 采空区 CO_2灌注方案与束管监测方案57-62
• 4.2.1 CO_2灌注装备57-59
• 4.2.2 采空区 CO_2灌注技术参数59-60
• 4.2.3 采空区监测测点布置60-61
• 4.2.4 采空区气体监测阶段与监测方法61-62
• 4.3. CO_2灌注防灭火对自燃三带范围划分的影响62-68
• 4.3.1 采空区自燃“三带”划分标准62
• 4.3.2 工作面注 CO_2前采空区气体变化规律62-64
• 4.3.3 工作面注 CO_2后采空区气体变化规律64-67
• 4.3.4 工作面注 CO_2前后采空区自燃“三带”的对比67-68
• 4.4 150109 工作面采空区自燃“三带”影响因素分析68-70
• 4.4.1 采空区遗煤自燃影响因素的热力学理论分析68-69
• 4.4.2 采空区自燃“三带”优化技术措施69-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第五章 CO_2防灭火条件下采空区瓦斯抽采运移规律研究72-88
• 5.1 CO_2灌注防灭火条件下采空区气体运移模型72-80
• 5.1.1 COMSOL 数值模拟软件介绍72-73
• 5.1.2 CO_2灌注防灭火条件下采空区气体运移模型建立73-78
• 5.1.3 采空区气体运移模型参数和边界条件设定78-80
• 5.2. CO_2灌注防灭火条件下采空区气体运移数值模拟结果及分析80-86
• 5.3. 本章小结86-88
• 第六章 结论88-90
• 6.1 主要研究结论88-89
• 6.2 研究不足与展望89-90
• 参考文献90-96
• 致谢96-98
• 作者简介及攻读硕士学位期间学术成果98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 戴广龙;;煤低温氧化与吸氧试验研究[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2008年02期

2 鲜学福,王宏图,姜德义,刘保县;我国煤矿矿井防灭火技术研究综述[J];中国工程科学;2001年12期

3 余明高;赵志军;褚廷湘;周世轩;董艳军;;瓦斯抽采对采空区浮煤自燃影响及防治措施[J];河南理工大学学报(自然科学版);2011年05期

4 周福宝;刘玉胜;刘应科;张占国;;综放工作面“U+Ⅰ”通风系统与煤自燃的关系[J];采矿与安全工程学报;2012年01期

5 许涛;王德明;辛海会;戚绪尧;;煤自燃过程温升特性及产生机理的实验研究[J];采矿与安全工程学报;2012年04期

6 王兰云;蒋曙光;吴征艳;邵昊;秦俊辉;;CO_2对低温煤物理吸附氧过程的实验研究[J];矿业快报;2008年02期

7 王振平;马砺;文虎;王绪友;;CO_2与N_2抑制煤炭氧化自燃对比实验研究[J];煤矿安全;2010年02期

8 邓军;夏海斌;郑忠亚;许延辉;翟小伟;;高瓦斯综放工作面采空区自燃危险区域分析[J];煤矿安全;2011年02期

9 降文萍;崔永君;张群;李育辉;;煤表面与CH_4,CO_2相互作用的量子化学研究[J];煤炭学报;2006年02期

10 赵耀江;谢生荣;温百根;郭海东;袁胜军;;高瓦斯煤层群顶板大直径千米钻孔抽采技术[J];煤炭学报;2009年06期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 孟巧荣;热解条件下煤孔隙裂隙演化的显微CT实验研究[D];太原理工大学;2011年

  本文关键词：高瓦斯易自燃煤层采空区CO_2防灭火技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：271579