近距离煤层上层采空区自燃火灾综合治理技术应用研究

发布时间：2017-05-25 05:13

  本文关键词：近距离煤层上层采空区自燃火灾综合治理技术应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来近距离煤层上部采空区自然发火的现象日益严重,因此对近距离煤层上部采空区自然发火综合治理措施的研究就十分必要。近距离煤层开采中开采下部煤层时受地应力及周期性来压的影响,造成下部煤层顶板出现裂隙,受裂隙的影响造成上下采空区联通,气流涌入上部采空区。同时由于埋藏较浅,上部采空区受地应力影响后往往在地表形成较大裂隙,风流通过地表裂隙向上部采空区漏风严重。开采下煤层对上部采空区中的水进行抽放时,由于打破了采空区内水气压力平衡,造成水气置换,采空区漏风增加；同时煤经水浸泡后,煤的孔隙率变大,煤与氧接触面积增大,导致上部采空区浮煤更容易自然发火。神东矿区上部煤层埋藏浅、煤层较厚,且相邻工作面间隔离煤柱间密闭处容易压裂,使采空区连成一片,形成大采空区,一旦发生自然发火就很难确定火源位置。 因此,地表漏风、上下采空区联通、水浸泡后煤的空隙率变大、水气置换等因素都为上部采空区内煤的自燃提供了良好的条件,使煤自然发火的几率大大提高。同时上部采空区煤自然发火所具有的火源的隐蔽、火区范围大、受蓄热和漏风的影响易二次氧化等特点都为上部采空区火灾的治理带来了很大的困难。因此研究近距离煤层上部采空区火灾治理综合措施对上部采空区自然发火的治理具有极其重要的意义。 本文针对近距离煤层上部采空区自然发火的原因及特点结合神东集团补连塔煤矿2-2煤上部采空区发火情况,首先对近距离煤层上部采空区自然发火的煤样进行煤自燃特性综合测试实验,通过不同粒径、空气流速、加热速率、O2浓度对煤自燃在低温氧化阶段的宏观特性的关联性研究,四种影响因素对煤自燃过程产生的标志性气体影响较为明显,建立起在使用CO的前提下,结合C2H4和H2作为综合判断指标,对煤自然发火的不同阶段及其发展态势进行预测预报,并作为近距离煤层上部采空区自然发火治理效果分析的标志性气体。 其次,分析了液氮的工艺及灭火特点,结合补连塔矿上部12306采空区的漏风情况通过FLUENT软件对上部采空区注氮前后的氧浓度分布进行模拟,并通过与地面钻孔的实测数据进行对比,验证了结果的准确性。模拟结果表明注氮后采空区内的氮气扩散半径为90m；对火区的惰化单孔注氮并不能取得良好的惰化火区的作用,而采用联合注氮是治理上部采空区火区最佳的选择。并且通过模拟结果对注氮参数进行了优化。 最后根据近距离煤层上部采空区自然发火的特点以及煤白燃机理的研究结合补连塔矿上部采空区的实际情况,注氮参数的CFD模拟结果建立了火源探测,地面钻孔注液氮、灌浆,井下向下部采空区注氮、堵漏漏风点、局部密闭工作面,地表填埋裂隙的综合立体式灭火措施。现场实际应用表明,该措施能够实现对上部采空区自然发火的治理,并取得良好的效果。
【关键词】：近距离煤层 上部采空区 自然发火 宏观特性 注氮模拟 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】：2013
【分类号】：TD75
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 问题的提出11-13
• 1.2 采空区防灭火技术国内外研究现状13-15
• 1.3 本文的主要研究内容及目的15-16
• 1.4 技术路线16-19
• 第二章 补连塔矿三盘区上层采空区自然发火原因及特点19-25
• 2.1 补连塔矿井及工作面基本概况19-20
• 2.2 三盘区近距离煤层开采情况概述20-21
• 2.2.1 三盘区基本情况20
• 2.2.2 三盘区1~(-2)煤开采情况20
• 2.2.3 三盘区2~(-2)煤开采情况20-21
• 2.3 补连塔矿三盘区2~(-2)煤上层采空区发火原因及特点21-23
• 2.3.1 三盘区2~(-2)煤上部采空区发火原因21-22
• 2.3.2 三盘区2~(-2)煤上部采空区发火的特点22-23
• 2.4 本章小结23-25
• 第三章 煤自燃宏观现象关联性研究25-41
• 3.1 指标气体与释放温度的关联研究27-28
• 3.2 影响因素对气体产物释放规律的影响28-38
• 3.2.1 空气流量的影响29-31
• 3.2.2 粒径的影响31-33
• 3.2.3 升温速率的影响33-36
• 3.2.4 氧气浓度的影响36-38
• 3.3 质量及热量变化与特征温度的关联研究38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 液氮防灭火理论及技术研究41-53
• 4.1 液氮防灭火特点41-43
• 4.1.1 氮气的性质41-42
• 4.1.2 灭火特点42-43
• 4.2 注氮灭火工艺43-44
• 4.3 注氮防灭火参数44-45
• 4.3.1 火区灭火耗氮量计算44
• 4.3.2 注氮管直径确定和注氮压力计算44-45
• 4.4 12306采空区地面钻孔注氮参数优化模拟45-52
• 4.4.1 模型的建立45-48
• 4.4.2 模拟结果48-49
• 4.4.3 模拟结果及分析49-52
• 4.5 小结52-53
• 第五章 补连塔矿近距离煤层上部采空区自然发火综合治理53-75
• 5.1 补连塔矿2~(-2)煤上部采空区火源位置探测53-56
• 5.1.1 测氡法在补连塔矿2~(-2)煤上部采空区的应用53-56
• 5.2 防灭火措施及效果分析56-62
• 5.2.1 钻孔布置56-57
• 5.2.2 采空区注液氮57-59
• 5.2.3 采空区注浆59-61
• 5.2.4 堵漏措施61-62
• 5.2.5 观测孔的预留62
• 5.3 灭火效果分析62-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 6.1 主要结论75-76
• 6.2 不足与展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王福生;岳志新;郭立稳;;煤炭自然发火标志气体的灰色关联分析[J];安全与环境学报;2006年S1期

2 余明高;我国煤矿防灭火技术的最新发展及应用[J];矿业安全与环保;2000年01期

3 林东才,耿献文;均压防灭火技术的应用及效果分析[J];矿业安全与环保;2001年01期

4 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

5 纪忠,梁栋,王继仁,都文会;采空区注氮防火中氮气运移规律的实验研究[J];阜新矿业学院学报(自然科学版);1993年02期

6 王省身，张国枢;中国煤矿火灾防治技术的现状与发展[J];火灾科学;1994年02期

7 马跃龙,朱卫国;新型凝胶阻化剂防灭火技术在煤矿中的应用[J];煤矿安全;1998年11期

8 张玉涛;王都霞;仲晓星;;水分在煤低温氧化过程中的影响研究[J];煤矿安全;2007年11期

9 杜刚华;徐扬;武晓娟;;上覆煤层采空区立体式综合防灭火技术[J];煤矿安全;2010年12期

10 秦波涛,王德明,梁晓瑜,史振凡,解本旭,高风量;三相泡沫防灭火技术在柴里煤矿的应用[J];煤炭科学技术;2005年09期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 何启林;煤低温氧化性与自燃过程的实验及模拟的研究[D];中国矿业大学;2004年

2 张百胜;极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究[D];太原理工大学;2008年

3 邬剑明;煤自燃火灾防治新技术及矿用新型密闭堵漏材料的研究与应用[D];太原理工大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 郑新旺;近距离煤层采空区下底板破坏特征及影响分析[D];河南理工大学;2011年

2 肖e，

本文编号：392799