易自燃特厚煤层综放面采空区注氮防灭火技术研究与应用

发布时间：2017-07-04 23:17

  本文关键词：易自燃特厚煤层综放面采空区注氮防灭火技术研究与应用

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【摘要】： 我国国有煤矿自然发火危险矿井已占60%,由于煤炭自燃导致的优质煤损失量已达42亿吨以上,现在仍以每年2000～3000万吨的速度增加,煤矿每年都因火灾造成人员的重大伤亡,造成数十亿元的经济损失。随着综采放顶煤开采方法的推广,在高产高效的同时,也给易自燃特厚煤层自然火灾的防治带来了严峻的考验。在综放开采中,采空区冒落大,往往留有大量的松散遗煤,加之漏风严重,使得遗煤很容易与采空区漏风流中的氧气发生氧化反应,从而导致采空区自燃火灾的发生,严重威胁矿工的生命安全和煤矿的安全生产。 本文从煤炭自燃机理入手,研究了易自燃特厚煤层综放面采空区自然发火特点及其规律;通过对煤样自燃特性、指标气体和自燃倾向性的实验研究,掌握了该矿煤层自然发火的特性,确定了预测预报的指标,建立了以指标气体分析法为主的早期预测预报体系;以注氮防灭火理论及技术为依据,结合同煤集团塔山矿8202综放工作面实际情况,计算出各注氮参数,制定出合理的采空区注氮防灭火系统,并辅以束管监测系统,对采空区气体变化进行监测,及时反馈、调整各注氮参数,提高注氮防灭火系统的惰化效率。 通过对同煤集团塔山矿8202综放工作面采空区气体近一年的监测,分析总结数据,并对采空区内气体变化规律、注氮惰化时间和采空区“三带”变化进行研究,得出了在连续注氮条件下,采空区内O_2、CO、N_2、CH_4和CO2的变化规律、初次惰化时间和持续惰化时间以及注氮前后采空区“三带”的具体变化情况。最后根据注氮防灭火惰化指标,在对监测数据统计分析的基础上,做出注氮防灭火效果的客观评价,更好的指导防灭火工作,保证矿山的安全生产。 得出的主要结论如下: 1、易自燃特厚煤层综放面采空区自燃有以下特点:自燃一般发生在距煤体暴露面一定距离的深部,高温区域隐蔽且范围较大;煤自燃过程中,随煤温升高,高温点总是逆着风流移动;采空区自燃火灾灭火难度大,火区启封后易于复燃。 2、同煤集团塔山矿8202综放面采空区防灭火应以CO作为指标性气体,并辅以C_2H_6、C_2H_4、C_3H-8、C_2H_2来掌握煤炭自燃情况。CO浓度突然增加说明煤已经发生氧化反应, C_2H_4和C_3H_8的出现表明煤温已经超过140℃,而C_2H_2的出现则说明煤温已经超过190℃。 3、塔山矿8202综采面在连续注氮情况下,氧浓度随采空区深度的增加明显降低,最终稳定在3%左右,保证了综采工作面的顺利推进;注氮量越大,氧气浓度下降的梯度越大;注氮对采空区氧气浓度的影响程度具有一定的范围。 4、利用综采放顶煤技术开采特厚、大采高、易自燃煤层时,综采面回风流中出现一定量的CO是其很明显的一个特点。5、采空区惰化时间大致可划分为两个阶段:初次惰化时间和二次惰化时间。即便采空区内氧浓度很快降低到安全浓度指标,采空区内遗煤的低温氧化仍然在继续,只有当采空区内的氧浓度下降到3%左右并持续一段时间以后,遗煤的低温氧化才得到有效的控制。 6、在连续注氮条件下,采空区“三带”宽度分布为:散热带20~30m,氧化带16~38m,窒息带距综采面68m以外;由于工作面供风量和漏风量都较大,对散热带宽度影响不大,氧化带在注氮后缩短了约120m,对比注氮前后,窒息带提前了172m左右。
【关键词】：煤自燃 易自燃特厚煤层 注氮防灭火 连续注氮 综放采空区
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TD753
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 问题的提出13-14
• 1.2 国内外注氮防灭火技术研究现状14-17
• 1.2.1 国内外防灭火技术研究概况14-16
• 1.2.2 国内外注氮防灭火技术研究现状16-17
• 1.3 本文的研究内容与技术路线17-19
• 第二章 易自燃特厚煤层综放面采空区自然发火特点及其规律19-31
• 2.1 煤自燃的机理19-22
• 2.1.1 煤自然发火的机理19-20
• 2.1.2 煤自燃的条件20
• 2.1.3 煤自燃的过程20-22
• 2.2 煤自燃的影响因素22-25
• 2.2.1 影响煤自燃的内在因素22-23
• 2.2.2 影响煤自燃的外在因素23-25
• 2.3 易自燃特厚煤层综放面采空区自燃条件分析25-27
• 2.4 易自燃特厚煤层综放面采空区自燃特点及规律27-29
• 2.4.1 易自燃特厚煤层综放面采空区自燃特点27-28
• 2.4.2 易自燃特厚煤层综采面采空区自燃分布规律28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 塔山矿煤自燃特性的实验研究31-37
• 3.1 塔山矿3~5~#合并层煤自燃特性的实验研究31-32
• 3.1.1 煤样的工业分析31-32
• 3.1.2 煤样的真相对密度测试32
• 3.2 煤自然发火的指标气体测试32-35
• 3.2.1 指标气体优选原则32
• 3.2.2 指标气体分析32-35
• 3.3 煤样的自燃倾向性鉴定35-36
• 3.3.1 煤自燃倾向性分类35-36
• 3.3.2 实验测试数据36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 注氮防灭火理论及技术37-45
• 4.1 氮气防灭火机理及特点37-39
• 4.2 注氮工艺39-41
• 4.2.1 注氮防灭火工工艺系统39
• 4.2.2 注氮方式39-40
• 4.2.3 注氮工艺40-41
• 4.2.4 注氮防灭火惰化指标41
• 4.3 注氮防火技术参数的确定41-44
• 4.3.1 注氮量的确定41-42
• 4.3.2 注氮口位置的确定42-43
• 4.3.3 注氮管直径选择及注氮压力核算43-44
• 4.4 注氮防灭火效果监测与评价44-45
• 第五章 塔山矿8202 综放面注氮防灭火技术45-65
• 5.1 塔山矿8202 综放工作面概况45-46
• 5.2 塔山矿8202 综放工作面注氮防灭火技术系统46-49
• 5.2.1 制氮设备46
• 5.2.2 工作面采空区注氮防火技术参数的确定46-47
• 5.2.3 注氮系统布置47-48
• 5.2.4 束管监测系统布置48-49
• 5.3 注氮防灭火效果监测与评价49-63
• 5.3.1 连续注氮条件下采空区气体浓度变化54-57
• 5.3.2 综放工作面上隅角气体浓度变化57-59
• 5.3.3 连续注氮条件下采空区惰化时间分析59-62
• 5.3.4 采空区“三带”变化62-63
• 5.3.5 注氮防灭火效果评价63
• 5.4 本章小结63-65
• 第六章 结论与展望65-67
• 6.1 主要结论65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-73
• 攻读学位期间发表的学术论文73

【引证文献】

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：519728