易自燃煤層綜采面超大采空區(qū)CO運(yùn)移規(guī)律及控制技術(shù)研究.pdf

1、神東礦區(qū)大部分礦井開采煤層為容易自燃煤層，因此存在著很大的自然發(fā)火隱患，從2012年5月補(bǔ)連塔礦采空區(qū)自然發(fā)火事故中可見一斑，因此對煤自燃進(jìn)行早期的預(yù)測預(yù)報十分重要。2000年以來神東礦區(qū)采煤工作面回風(fēng)隅角出現(xiàn)持續(xù)超限，但是通過對采空區(qū)的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)并沒有檢測到標(biāo)志性氣體，同時采空區(qū)煤溫也沒有顯著升高，而回風(fēng)隅角CO的超限對于煤自然發(fā)火的預(yù)測預(yù)報有著很大的干擾。因此對神東超大采空區(qū)CO運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行研究同時提出回風(fēng)隅角CO控制措施，對于保障礦

2、井安全生產(chǎn)有著很重要的意義。
　　 本文首先對神東煤的低溫氧化特性進(jìn)行分析，并通過熱重—差熱(TG—DTA)分析實驗，煤低溫氧化和程序升溫實驗以及煤CO原始賦存實驗對煤產(chǎn)生CO的機(jī)理和變化規(guī)律進(jìn)行研究，其次通過現(xiàn)場實測和采空區(qū)CO氣體運(yùn)移的CFD模擬并結(jié)合神東礦區(qū)超大采空區(qū)的特點，對超大采空區(qū)CO的運(yùn)移規(guī)律展開研究。最后結(jié)合實驗研究以及超大采空區(qū)CO運(yùn)移規(guī)律對神東礦區(qū)回風(fēng)隅角CO的來源進(jìn)行分析，提出回風(fēng)隅角CO超限控制技術(shù)措施。

3、
　　 本文主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)認(rèn)識到煤作為一種復(fù)雜的不確定的大分子物質(zhì)，其活性官能團(tuán)與氧的作用，是煤與氧氣發(fā)生反應(yīng)的主要起因和過程，通過工業(yè)性分析可知神東煤的煤種特性、微孔結(jié)構(gòu)、比表面積以及活性官能團(tuán)都為低溫氧化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，并且加速了神東煤的低溫氧化進(jìn)程。
　　 (2)通過熱重—差熱(TG—DTA)分析實驗可以得到煤在升溫過程中各個階段的特征溫度以及相關(guān)參數(shù)的變化。通過煤的低溫氧化實驗和煤

4、程序升溫實驗可以認(rèn)識到煤在常溫和升溫過程中產(chǎn)生CO的變化規(guī)律，同時得到了神東煤在不同自燃階段下的標(biāo)志性氣體。
　　 (3)通過煤層中原生賦存CO實驗，對神東煤層中原始煤樣的CO含量進(jìn)行測試，可以看出神東煤中原始賦存CO含量很少，基本可以忽略不計。結(jié)果可以為神東礦區(qū)回風(fēng)隅角CO來源分析提供實驗基礎(chǔ)。
　　 (4)通過對神東礦區(qū)綜采面超大采空區(qū)CO和O2的分布進(jìn)行現(xiàn)場觀測，得出采空區(qū)“三帶“分布與CO的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用C

5、FD軟件對其運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行模擬，并與現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)合神東礦區(qū)超大采空區(qū)的特點，得到超大采空區(qū)CO的運(yùn)移規(guī)律。
　　 (5)在實驗以及CFD模擬的基礎(chǔ)上對神東工作面回風(fēng)隅角CO來源進(jìn)行分析，提出回風(fēng)隅角CO控制技術(shù)措施:
　　 1)針對神東工作面超大采空區(qū)的特點，在開拓開采、采掘接續(xù)方面提出優(yōu)化措施。
　　 2)在安全監(jiān)測方面，利用煤程序升溫氧化實驗對神東煤自燃指標(biāo)性氣體的優(yōu)選結(jié)果，對

6、重點區(qū)域展開重點監(jiān)測，把自燃危險抑制在萌芽狀態(tài)。
　　 3)在通風(fēng)系統(tǒng)方面，提出將神東礦區(qū)工作面“U”型通風(fēng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤癠+L”型或者“Y”型通風(fēng)。
　　 4)在通風(fēng)管理方面，結(jié)合神東礦區(qū)的作業(yè)情況，提出具體措施控制浮煤氧化，從而減少綜采面回風(fēng)隅角CO超限頻率。
　　 5)通過采取均壓、采空區(qū)風(fēng)阻調(diào)節(jié)、采空區(qū)注液態(tài)CO2以及工作面進(jìn)回風(fēng)側(cè)聯(lián)巷口注凝膠或三相泡沫等措施減少漏風(fēng)以控制浮煤氧化，抑制采空區(qū)CO向回風(fēng)隅角