采空區(qū)遺煤自燃是礦井生產(chǎn)中面臨的主要安全問題之一,特別是針對工作面較長的礦井,其氧化帶范圍大,對于采空區(qū)煤自燃防治比較棘手。本文以紅慶河煤礦102工作面為研究對象,利用試驗研究、現(xiàn)場實測、數(shù)值模擬等研究手段對紅慶河采空區(qū)煤自燃防治技術(shù)進行了分析和研究。首先,利用程序升溫實驗平臺,測定了不同粒徑煤樣以及在不同氧濃度條件下煤氧化產(chǎn)生的各氣體濃度,并根據(jù)測得試驗數(shù)據(jù)計算出煤樣在不同氧濃度條件下的耗氧速率,并確定出紅慶河煤礦102工作面煤自燃指標(biāo)氣體。通過束管監(jiān)測系統(tǒng)測出102工作面采空區(qū)兩側(cè)的氧氣濃度分布,根據(jù)現(xiàn)場資料和經(jīng)驗公式計算出采空區(qū)遺煤分布,結(jié)合第二章計算煤的耗氧速率計算出采空區(qū)漏風(fēng)強度,并根據(jù)該礦的煤自燃極限參數(shù),劃分出采空區(qū)煤自燃危險區(qū)域,并以此計算出工作面極限日推進速度。通過數(shù)值模擬軟件,模擬了注氮前后采空區(qū)內(nèi)的風(fēng)流場和氧氣濃度分布的變化規(guī)律,并分別選取采空區(qū)不同的注氮位置,對比分析不同注氮方案對采空區(qū)氧濃度分布的影響,由此確定最佳的注氮位置;同時定量分析采空區(qū)注氮對采空區(qū)氧濃度的影響,確定出最佳的注氮量,最后分析了注氮量對工作面氧氣濃度的影響。最后,根據(jù)以上所做的研究,結(jié)合紅慶河煤礦的實際情況,提出了具體的防滅火措施,包括預(yù)防煤自燃的日常生產(chǎn)措施,采空區(qū)煤自燃的早期預(yù)測預(yù)報指標(biāo)以及預(yù)防和治理采空區(qū)煤自燃的技術(shù),設(shè)計了現(xiàn)場注氮的實際注氮量和注氮管路,為本煤層后期開采過程中防滅火工作提供指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD752.2
【部分圖文】：

濃度分布驗證了數(shù)值模擬的可靠性，對比研究了注氮前后采空區(qū)內(nèi)風(fēng)流流場和氣體場的變化；研究了不同注氮參數(shù)下采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度的變化及采空區(qū)三帶范圍的變定了最佳的注氮參數(shù)。（4）根據(jù)紅慶河煤礦 102 工作面的煤樣特性及數(shù)值模擬的結(jié)果，建立煤自燃早期系統(tǒng)，針對該工作面的情況，設(shè)計了注氮防滅火具體措施。.3.2 技術(shù)路線本文采用實驗研究、現(xiàn)場實測、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，分析了采空區(qū)煤自燃特出煤自燃指標(biāo)氣體，根據(jù)采空區(qū)束管監(jiān)測的氧濃度分布結(jié)果，結(jié)合煤自燃極限參數(shù)分出煤自燃三帶。利用 FLUENT 軟件模擬采空區(qū)流場和氣體濃度場，與現(xiàn)場實測的度結(jié)果相驗證，同時模擬在注氮條件下采空區(qū)流場和氣體濃度場，對比分析了注氮空區(qū)流場和氧濃度分布的影響，并通過模擬不同的注氮位置下和注氮量下采空區(qū)氧的變化，得出最佳的注氮參數(shù)�；谝陨涎芯拷Y(jié)果，提出了預(yù)防煤自燃的日常防滅施，建立采空區(qū)煤自燃預(yù)報系統(tǒng)，選用相應(yīng)的采空區(qū)防滅火技術(shù)措施，保障回采過安全生產(chǎn)。

圖 2.1 程序升溫實驗裝置件紅慶河煤樣通過S~式碎煤機破碎，然后經(jīng)過人工篩選出煤樣粒徑9~3mm，3~5mm，5~7mm，7~10mm，以及在各種粒徑中分別取煤樣，各稱重 1000g。的不同粒徑的煤樣及混樣稱重 1kg 后裝入程序升溫箱內(nèi)的鋼管，進行程序升溫實驗。通入氣體流量為 120 ml/min，升溫速率為 0變量為煤體粒徑和孔隙率，7-8 號煤樣的變量為氧濃度，氧濃度分21%，具體實驗條件見表 2.1 所示。表 2.1 程序升溫實驗條件平均粒徑/mm試管煤高煤重/kg煤體積/cm3密度/g·cm-3空隙率/%氧濃度/%0.47 14.90 1 1294.50 0.85 0.43 21 1.90 15.80 1 1236.50 0.83 0.45 21 4.10 16.30 1 1248.60 0.78 0.45 21

實驗分別測定了在紅慶河煤樣在不同粒徑和不同氧濃度條件下各煤樣緩慢升溫過程中生成的氣體量，包括 CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6等。CO 濃度的變化曲線不同煤樣氧化升溫過程 C2H4氣體生成規(guī)律如圖 2.2~2.3 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2830908