液态CO 2 在采空区的运移规律与惰化作用范围研究

发布时间：2023-02-08 08:55

　　我国每年因煤层自燃火灾造成的损失难以估量,不仅影响煤矿的安全生产,也对广大矿工的生命安全构成了威胁。液态CO₂因其具有良好的惰化降温、阻燃抑爆效果和安全可靠、操作简单的特点而被广泛应用于防治煤层自燃火灾。由于一直以来液态CO₂的压注模式较为单一,对矿井下多处压注地点的压注效果分析不够全面。因此,研究液态CO₂在采空区不同位置的惰化作用范围是亟待解决的问题。基于液态CO₂惰化降温、阻燃抑爆的理化性质,针对采空区的实际条件,建立了采空区三维模型,应用ANSYS FLUENT19.0数值模拟软件合理确定并优化了注液态CO₂压注流量、压注位置、埋管深度等工艺参数,同时重点研究了液态CO₂在采空区不同位置压注时的惰化作用范围。模拟结果表明:(1)优化后的工艺参数为:压注位置距工作面60m-80m处,埋管深度50m,压注流量800m³/h时,能够得到最好的惰化效果,能有效抑制煤自燃的发生;(2)与进风侧压注液态CO₂相比,在...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 煤自燃机理及煤自燃防治技术
        1.2.2 CO₂在煤自燃防治方面的应用
        1.2.3 CFD软件在采空区注CO₂防灭火中的应用
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
2 注液态CO₂防灭火理论及工艺研究
    2.1 惰性气体的防灭火原理
    2.2 CO₂的基本性质和惰化防火参数
        2.2.1 CO₂的理化性质
        2.2.2 CO₂和N₂的惰化阻燃性能对比
    2.3 液态CO₂防灭火工艺
        2.3.1 地面固定式矿用液态CO₂防灭火装备系统
        2.3.2 井下移动式液态CO₂灭火装备系统
        2.3.3 液态CO₂直接释放安全技术
    2.4 本章小结
3 采空区气体运移数学模型
    3.1 采空区多孔介质理论
        3.1.1 多孔介质概念和特性
        3.1.2 多孔介质条件
    3.2 多孔介质渗流参数
    3.3 多孔介质气体流动基本方程
    3.4 本章小结
4 注液态CO₂工艺参数的优化
    4.1 建立采空区物理模型
        4.1.1 基础条件设置
        4.1.2 定义多孔介质模型相关公式
        4.1.3 模型建立与网格划分
        4.1.4 设定边界条件
    4.2 注液态CO₂工艺参数的优化
        4.2.1 未注液态CO₂采空区自燃“三带”分布
        4.2.2 进风侧不同压注位置对自燃“三带”的影响
        4.2.3 不同压注流量对自燃“三带”的影响
        4.2.4 不同埋管深度对自燃“三带”的影响
    4.3 液态CO₂在采空区不同压注区域下的惰化范围
        4.3.1 进风巷埋管注入液态CO₂的扩散情况
        4.3.2 回风侧埋管注入液态CO₂的扩散情况
    4.4 本章小结
5 液态CO₂防灭火技术在现场的应用
    5.1 工作面自燃发火概况
    5.2 液态CO₂防灭火技术
        5.2.1 采空区测点布置
        5.2.2 40203综放工作面采空区灌注液态CO₂方案
        5.2.3 现场监测气体浓度数据及分析
        5.2.4 现场监测温度变化
        5.2.5 现场实践缺点及建议
    5.3 现场数据与模拟数据对比
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3737705