綜采放頂煤工作面采空區(qū)注氮防滅火技術(shù)研究.pdf

1、綜采放頂煤技術(shù)，具有工作面風量大，采空區(qū)漏風嚴重，遺煤多的特點。采空區(qū)發(fā)生煤炭自燃不僅短時間內(nèi)釋放大量有毒氣體，危害工人安全，還會引燃周圍瓦斯，造成嚴重后果。采空區(qū)注氮作為煤層自燃防治工作手段之一，可以改變采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度分布，縮小氧化帶范圍。合理的注氮位置以及注氮流量對于注氮效果具有重要的影響。王家?guī)X礦8＃煤層屬于高瓦斯自燃煤層，18101工作面作為首采工作面，缺乏經(jīng)驗以及具體參數(shù)指導，為此本文通過現(xiàn)場實測，數(shù)值模擬結(jié)合定量定性分析研

2、究得出該礦合理的注氮參數(shù)，為今后礦井采空區(qū)進行注氮防火工作提供了重要參數(shù)依據(jù)，研究內(nèi)容如下：
　　（1）通過18101綜放面采空區(qū)束管監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)置不同監(jiān)測點，依據(jù)氧氣濃度作為指標得出未注氮前采空區(qū)自燃“三帶”分布范圍：未注氮前進風側(cè)散熱帶范圍是0～61.5m，氧化帶為61.5～176.4m，窒息帶為176.4m以后；工作面中部靠近進風側(cè)散熱帶范圍是0～46.6m，氧化帶為46.6～174.2m，窒息帶為174.2m以后；工作面中

3、部靠近回風側(cè)散熱帶范圍是0～32.2m，氧化帶為32.2～153.4m，窒息帶為153.4m；回風側(cè)散熱帶范圍是0～15.2m，氧化帶為15.2～70.6m，窒息帶為70.6m以后。
　?。?）利用ICEMCFD軟件建立18101綜放面三維模型，通過用戶自定義函數(shù)編制孔隙率，粘性阻力系數(shù)，遺煤耗氧速率等關(guān)鍵參數(shù)，對具有埋管抽放和注氮管路的復雜采空區(qū)流場進行三維流場數(shù)值模擬研究,得出了未注氮前以氧氣濃度為指標劃分的采空區(qū)自燃“三帶”

4、分布范圍，并與束管測定結(jié)果對比，得出數(shù)值模擬結(jié)果和實測基本一致，誤差滿足精度要求，驗證了模型的適用性。
　　（3）在注氮流量為500m3/h時，靠近進風側(cè)采空區(qū)選取距離工作面X=25m，X=50m，X=75m，X=100m，X=125m五個位置進行研究，得出X=25m和X=50m時，由于注氮位置靠近進風巷，氮氣能很好的隨漏風流運動，縮短進風側(cè)氧化帶寬度效果最明顯。通過將不同位置的最大氧化帶寬度與未注氮前相比，最大氧化帶寬度依次降低

5、了32.63m，41.21m,27.64m,20.66m,16.22m，當X=50m時，最大氧化帶寬度縮小幅度最大，達到31.71％。因此選擇注氮口位置應(yīng)深入采空區(qū)50m，處于氧化帶前一段距離，可以有效帶動氮氣的擴散，縮小氧化帶寬度。
　?。?）選定X=50m作為注氮口位置，選擇注氮流量為500m3/h,1000m3/h,1500m3/h,2000m3/h,2500m3/h,3000m3/h六組參數(shù)進行模擬，通過分析得到隨著注氮流

6、量的增加，最大氧化帶降低寬度幅度為31.71%,42.56%,55.65%,63.57%,,66.31%，68.13%，呈現(xiàn)逐漸增大趨勢，當注氮量為2000m3/h后，再增加注氮量，最大氧化帶寬度縮減幅度逐漸降低，當注氮流量為3000m3/h時，出現(xiàn)上隅角氧氣濃度低于18%的趨勢，因此選定合理注氮流量為2000 m3/h。
　?。?）合理注氮參數(shù)為距離采空區(qū)距離工作面50m進行注氮，注氮流量為2000m3/h，分析采空區(qū)氮氣濃度和

7、氧氣濃度規(guī)律。氮氣分布呈現(xiàn)為三個濃度區(qū)域，以注氮口為中心，附近一段區(qū)域會形成高濃度氮氣云團，氮氣濃度保持在90%以上，注氮口兩端氮氣濃度則不斷遞減,呈現(xiàn)中間大兩頭小的分布特征?？拷ぷ髅婕斑M風巷道濃度基本保持在70%以上，接近空氣中的氮氣濃度，同時越靠近工作面，濃度越低。在距離采空區(qū)78m以后位置，氧氣濃度明顯下降到7%以下，進入到窒息帶,此時最大氧化帶寬度縮減了84.66m，注氮效果起到明顯作用。
　　(6)基于以上研究針對18