本文選題：易自燃煤層 + 超大采空區(qū)　； 參考：《太原理工大學》2013年碩士論文

【摘要】：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,因此對煤自燃進行早期的預測預報十分重要。2000年以來神東礦區(qū)采煤工作面回風隅角出現(xiàn)持續(xù)超限,但是通過對采空區(qū)的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)并沒有檢測到標志性氣體,同時采空區(qū)煤溫也沒有顯著升高,而回風隅角CO的超限對于煤自然發(fā)火的預測預報有著很大的干擾。因此對神東超大采空區(qū)CO運移規(guī)律進行研究同時提出回風隅角CO控制措施,對于保障礦井安全生產(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的機理和變化規(guī)律進行研究,其次通過現(xiàn)場實測和采空區(qū)CO氣體運移的CFD模擬并結合神東礦區(qū)超大采空區(qū)的特點,對超大采空區(qū)CO的運移規(guī)律展開研究。最后結合實驗研究以及超大采空區(qū)CO運移規(guī)律對神東礦區(qū)回風隅角CO的來源進行分析,提出回風隅角CO超限控制技術措施。 本文主要研究內容及結論如下： (1)認識到煤作為一種復雜的不確定的大分子物質,其活性官能團與氧的作用,是煤與氧氣發(fā)生反應的主要起因和過程,通過工業(yè)性分析可知神東煤的煤種特性、微孔結構、比表面積以及活性官能團都為低溫氧化提供了物質基礎,并且加速了神東煤的低溫氧化進程。 (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參數(shù)的變化。通過煤的低溫氧化實驗和煤程序升溫實驗可以認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。結果可以為神東礦區(qū)回風隅角CO來源分析提供實驗基礎。 (4)通過對神東礦區(qū)綜采面超大采空區(qū)CO和O2的分布進行現(xiàn)場觀測,得出采空區(qū)“三帶“分布與CO的關系,在此基礎上運用CFD軟件對其運移規(guī)律進行模擬,并與現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)進行對比,驗證模擬結果的準確性。結合神東礦區(qū)超大采空區(qū)的特點,得到超大采空區(qū)CO的運移規(guī)律。 (5)在實驗以及CFD模擬的基礎上對神東工作面回風隅角CO來源進行分析,提出回風隅角CO控制技術措施： 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性氣體的優(yōu)選結果,對重點區(qū)域展開重點監(jiān)測,把自燃危險抑制在萌芽狀態(tài)。 3)在通風系統(tǒng)方面,提出將神東礦區(qū)工作面“U”型通風方式轉變?yōu)椤癠+L”型或者“Y”型通風。 4)在通風管理方面,結合神東礦區(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隅角CO超限頻率。 5)通過采取均壓、采空區(qū)風阻調節(jié)、采空區(qū)注液態(tài)CO2以及工作面進回風側聯(lián)巷口注凝膠或三相泡沫等措施減少漏風以控制浮煤氧化,抑制采空區(qū)CO向回風隅角涌出,最后針對采煤工作面割煤和車輛進出對回風隅角CO的影響,提出相應的措施。
[Abstract]:Most of coal mining coal seam in Shendong mining area is easily spontaneous combustion coal seam, so there is a lot of natural fire hazard, which can be seen from the Spontaneous Combustion Accident in the mined mined mine in May 2012, so it is very important for the early prediction and prediction of coal spontaneous combustion in the coal face of Shendong mining area since.2000 years. But by monitoring the goaf, it is found that no sign gas is detected, and the coal temperature of the goaf has not been significantly increased, and the overlimit of CO in the corner of the return air corner has great disturbance to the prediction and prediction of coal spontaneous combustion. Therefore, the CO migration law in the super Large Goaf of Shendong is studied at the same time, and the CO control measures are put forward at the corner of the return air corner. It has very important significance for protecting mine safety production.
In this paper, the characteristics of the low temperature oxidation of Shendong coal are analyzed, and the mechanism and change rules of coal produced CO are studied by the thermal gravity difference heat (TG - DTA) analysis experiment, coal low temperature oxidation and temperature programmed experiment, and coal CO original occurrence experiment. Secondly, through the field measurement and the CFD simulation of the CO gas migration in the goaf and the combination of Shendong. The characteristics of Super Large Goaf in mining area, the movement law of CO in super large goaf is studied. Finally, the source of CO in the corner corner of the Shendong mining area is analyzed by the experimental research and the law of CO migration in the super large goaf, and the CO control measures are put forward in the corner corner of the return air.
The main contents and conclusions of this paper are as follows:
(1) it is recognized that coal as a complex and uncertain macromolecule, its active functional group and oxygen is the main cause and process of coal and oxygen reaction. Through industrial analysis, the coal characteristics of Shendong coal, microporous structure, specific surface area and active functional group all provide the material basis for low temperature oxidation. The process of low temperature oxidation of Shendong coal has been accelerated.
(2) the change of characteristic temperature and related parameters of coal during the heating process can be obtained by the thermogravimetric differential heat (TG - DTA) analysis experiment. By the low temperature oxidation experiment of coal and the heating experiment of coal program, the change law of coal in the process of temperature and temperature rise can be realized, and the different spontaneous combustion order of Shendong coal is obtained at the same time. A symbol of gas under the section.
(3) through the primary CO experiment in the coal seam, the CO content of the original coal samples in the Shendong coal seam can be tested. It can be seen that the original CO content in Shendong coal is very small and can be ignored. The result can provide the experimental basis for the analysis of the source of CO in the corner of the return air in the Shendong mining area.
(4) through the field observation of the distribution of CO and O2 in the Super Large Goaf of the fully mechanized mining face in Shendong mining area, the relationship between the "three belt" distribution and the CO is obtained. On this basis, the migration law of the mining area is simulated with the CFD software, and the accuracy of the simulation results is verified by comparison with the field observation data. The migration law of CO in super large goaf is obtained.
(5) on the basis of experiments and CFD simulation, the source of CO in the return air corner of Shendong working face is analyzed, and the CO control technology measures for return air corner are put forward.
1) in view of the characteristics of the Super Large Goaf in Shendong working face, the optimization measures are put forward in the aspects of exploiting, mining and mining.
2) in the aspect of safety monitoring, the optimum result of the coal spontaneous combustion index gas of Shendong coal is selected by the heating oxidation experiment of coal, and the key areas are monitored, and the danger of spontaneous combustion is suppressed in the bud.
3) in terms of ventilation system, it is proposed to transform the "U" ventilation mode of the Shendong mining area face to "U+L" or "Y" ventilation.
4) in terms of ventilation management, combined with the operation of Shendong mining area, specific measures are proposed to control the oxidation of floating coal, thereby reducing the CO overrun frequency at the corner of fully mechanized face.
5) through the adoption of pressure sharing, air resistance adjustment in goaf, injection of liquid CO2 in goaf, and injection of gel or three phase foam on the side of the working face to reduce air leakage to control the oxidation of coal floating coal, and to restrain the emission of CO from the goaf to the corner of the return air, finally, the corresponding measures are put forward to the effect of coal cutting and car moving in and out of the corner of the return air corner CO. Shi.
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TD752

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本文編號：1950177