恒泰南庄煤矿均压防治工作面采空区遗煤自燃方案优化技术应用研究

发布时间：2017-09-19 02:13

  本文关键词：恒泰南庄煤矿均压防治工作面采空区遗煤自燃方案优化技术应用研究

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【摘要】：在我国的煤炭开采过程中,火灾是制约采煤效率、导致人员伤亡的重大自然灾害之一,全国一半以上的煤矿都存在自燃发火危险[1]。恒泰南庄煤矿30101工作面受周围小煤窑采动影响严重,采空区与老窑通过多处裂隙沟通,形成“多源多汇”的复杂流场,隐蔽性老窑火区产生的有毒气体经漏风通道进入采空区,侵入工作面,严重影响安全生产。均压作为一种快捷高效,实地操作性强的综合防治技术,真正完成了从使用防灭火材料到以风制火的实质性跨越,并已得到广泛应用。本论文在系统分析矿井火灾防治理论及均压技术原理的基础上,首先利用煤岩红外异常区域探测技术对30101工作面采空区与外界的裂隙沟通情况及周围老窑火区分布情况进行探测,得出有毒有害气体主要通过位于30101回风顺槽南部的1#火区与采空区沟通的裂隙进入采空区,2#、3#火区位于采空区北部,两个火区相互沟通并且与采空区之间在距离工作面50m处有裂隙沟通,采空区深部还有一个漏风口向外部漏风,整个采空区内部形成“三源两汇”的复杂流场;其次利用SF6示踪气体漏风检测技术对采空区漏风量进行测定,得出总漏风量为83m3/min。基于上述实测数据,通过科学确定采空区粘性阻力系数、渗透率等渗流参数,根据30101工作面物理尺寸建立采空区气体渗流多孔介质模型[2],逐步增加工作面风压,30101工作面采空区由“三源两汇”漏风流场变为“两源三汇”、“一进三出”、“一进四出”四种特殊流场,对不同情况下采空区内漏风流场、压力场、氧浓度分布情况进行了模拟和比较分析,在均衡漏风通道两端压差,阻止外部火区生成有毒有害气体进入采空区的同时,充分考虑到“自燃三带”的分布和范围,最终优选出最适升压值为215Pa。对现场均压方案的提出和复杂流场的稳定性研究具有重要的指导意义。在综合考虑供电及能耗的经济性,均压区域通风系统的合理性,均压系统的稳定性和可靠性的基础上,对“调压风机-轨道顺槽进风-皮带顺槽回风”、“压入式主扇-抽出式辅扇-调压风门”、“风机-风筒-风窗”等30101工作面现场均压方实施方案进行比较和优选,最终选定“风机-风筒-风窗”调压方案,并对其均压参数进行计算,选定YBFH132S2号风机。通过大量数据测定,分别通过统计法、工作面风量法对风窗面积进行优化,最终将风窗面积调整为0.285m2。现场均压方案实施后,30101工作面上隅角指标性气体浓度两天后开始明显下降,CO于12月10日消失,采空区内10m处CO于12月13日消失,经复查已符合安全生产标准,对工作面指标性气体及均压系统参数进行实时监测,取得良好效果。
【关键词】：遗煤自燃 隐蔽火区 均压防治 多源多汇 数值模拟 参数优化
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD752.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 遗煤自燃研究11-12
• 1.2.2 矿井主要防灭火技术12-16
• 1.3 论文研究内容及研究方法16-18
• 1.3.1 主要研究内容16
• 1.3.2 研究方法16-18
• 第二章 均压防灭火技术18-28
• 2.1 均压防灭火理论基础18-21
• 2.1.1 漏风与自燃的关系18-19
• 2.1.2 影响采空区漏风因素分析19-20
• 2.1.3 均压防灭火技术原理20-21
• 2.2 调压设施的均压原理21-26
• 2.2.1 开区均压防灭火措施21-24
• 2.2.2 闭区均压防灭火措施24-26
• 2.3 本章小结26-28
• 第三章 恒泰南庄煤矿现场应用环境28-40
• 3.1 矿井概况28-30
• 3.2 30101工作面回采条件30
• 3.3 火区情况30-32
• 3.3.1 火区分布情况探测30-32
• 3.3.2 火区燃烧面积及深度32
• 3.4 SF_6示踪气体持续释放法漏风检测32-35
• 3.4.1 SF_6测漏风原理及参数确定32-34
• 3.4.2 SF_6漏风检测过程和计算方法34-35
• 3.5 工作面漏风量测定35-37
• 3.5.1 30101工作面漏风量测定过程35-36
• 3.5.2 漏风量测定结果36-37
• 3.5.3 检测结果分析37
• 3.6 本章小结37-40
• 第四章 “多源多汇”采空区流场数值模拟40-56
• 4.1 FLUEN T软件简介40-43
• 4.1.1 FLUEN T软件的使用过程40-41
• 4.1.2 FLUEN T提供的边界条件41-42
• 4.1.3 气体在采空区多孔介质中的渗流研究42-43
• 4.2 30101工作面采空区物理模型的建立43-45
• 4.3 参数选取与网格划分45-46
• 4.4 30101工作面升压方案模拟比较46-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 30101工作面均压设计及方案优化56-72
• 5.1 30101工作面现场均压实施方案优选56-62
• 5.2 均压系统参数优化62-66
• 5.2.1 统计法优化风窗面积62-64
• 5.2.2 工作面风量优化风窗面积64-66
• 5.3 工作面、采空区气体观测66-69
• 5.4 本章小结69-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 主要结论72
• 6.2 展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 攻读硕士期间主要科研成果80

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本文编号：878878