露天矿采空区火区发展规律及治理技术研究

发布时间：2017-08-03 22:24

  本文关键词：露天矿采空区火区发展规律及治理技术研究

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【摘要】：露天矿煤火属于地下煤火,主要是由地下赋存煤体自燃形成。小煤窑乱开滥采造成地下煤层和岩层松动且裂隙发育,导致采空区漏风严重,为小煤窑遗煤自燃提供条件,进而引发大面积采空区火区。采空区火区的存在会导致作业面塌陷,从而威胁矿区作业人员和大型作业设备的安全。此外,煤氧化燃烧产生高温有毒有害气体逸出工作平盘,影响作业人员身心健康并造成环境污染。因此,必须及时对采空区火区进行治理,文章采用理论模拟和现场实践结合的方法,对采空区的发火规律和治理技术进行研究。地下煤火的发展是一种多场的动态耦合过程:煤氧化燃烧产生高温环境促使围岩压力和热浮力发生变化,导致气体产物传递速率发生变化;压力变化引起漏风强度和供氧浓度变化,导致煤氧化速率变化;气体产物传递速率变化使气体与煤层和围岩热交换速率发生变化,影响火区温度的传递速率。文章以压力、温度和漏风强度为耦合参数,推导煤氧化燃烧动力学能量守恒、质量守恒和动量守恒耦合方程。文章采用Comsol Multiphysics多物理场模拟软件对采空区火区发展规律进行实验模拟分析,研究不同风压、渗透率、地质条件对火区传递规律的影响,该软件具有高度的灵活性,强大的求解器和较高的计算精度,且仿真分析提供的数值结果贴近实际。研究表明:地下煤火同时横向和纵向传递,向地表方向传递较火源下方传递速度快;煤火主要沿着漏风方向传递,漏风强度越大,煤火传递速率越快,漏风强度足够小时,煤火会以均匀递减速率向周围传递;煤火在较大裂隙或地质构造处传递会出现大梯度温度变化,且孔隙度越大,煤火传递速率越快。通过研究采空区火区的发展规律,针对不同类型的采空区火区,采用火区充填、火区隔离和分层治理的方法进行治理,有效治理火区并阻止火势扩散和火区复燃。
【关键词】：采空区火区 多场耦合 动力学机理函数 实验模拟 火区治理
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD752.2
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-24
• 1.1 研究背景17-19
• 1.2 国内外研究现状19-21
• 1.3 问题的提出21-22
• 1.4 本文的研究内容、目标及技术路线22-24
• 2 煤火传热传质动力学方程24-33
• 2.1 煤氧化化学反应方程25-28
• 2.2 煤火传质质量守恒方程28-29
• 2.3 煤火传质动量守恒方程29-30
• 2.4 煤火传热能量守恒方程30-31
• 2.5 本章小节31-33
• 3 东露天矿煤氧化动力学参数33-42
• 3.1 煤氧化动力学参数求解理论方法33-35
• 3.2 煤氧化动力学参数实验分析35-37
• 3.3 煤氧化动力学参数计算37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 露天矿采空区火区传递规律研究42-54
• 4.1 实验背景42
• 4.2 实验模拟42-46
• 4.3 模拟结果分析46-52
• 4.4 本章小节52-54
• 5 露天矿采空区火区治理技术研究54-65
• 5.1 火区快速填充法59-60
• 5.2 火区隔离灭火法60-62
• 5.3 火区分层降温法62-63
• 5.4 本章小结63-65
• 6 结论65-67
• 6.1 全文总结65-66
• 6.2 本论文主要创新点66
• 6.3 展望66-67
• 参考文献67-72
• 作者简历72-74
• 学位论文数据集74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张保生;刘建忠;周俊虎;冯展管;岑可法;;利用Popescu法对煤燃烧反应机理的研究[J];中国电机工程学报;2006年15期

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本文编号：616626