本文關鍵詞：高瓦斯易自燃煤層采空區(qū)CO_2防滅火技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：左權(quán)和順礦區(qū)一緣礦主采煤層是15#高瓦斯易自燃煤層，瓦斯災害與采空區(qū)煤自燃災害是礦井高產(chǎn)高效開采過程中要解決的兩個主要礦井災害。針對高瓦斯易自燃礦井災害防治技術開展研究，這既有利于煤炭企業(yè)的安全高效開采，又能降本增效保證安全技術工作穩(wěn)定性。本文以高瓦斯易自燃采空區(qū)CO2防滅火技術為研究對象，分別采用實驗研究、現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬等方法對CO2抑制采空區(qū)遺煤自燃機理、采空區(qū)注CO2后自燃三帶分布變化、采空區(qū)注CO2對高抽巷瓦斯抽采影響三方面進行了研究。 (1) CO2抑制采空區(qū)遺煤自燃機理：采空區(qū)煤自燃災害的防治首先必須要研究防治技術的機理，采空區(qū)遺煤在注CO2、低O2、漏風等復雜條件下的自燃研究是復雜的。通過太原理工大學安全工程技術研究中心自行設計的氣體置換-吸附實驗裝置進行CO2/CH4吸附與置換吸附實驗。得出采空區(qū)遺煤（常溫常壓、混合粒徑）CO2/CH4單位吸附量和CO2對煤體中CH4置換率。在此基礎上應用程序升溫、紅外光譜、熱重實驗3種實驗方法對比分析了CO2抑制煤自燃特性在指標氣體生成、官能團和自燃特征溫度區(qū)間等方面的變化規(guī)律。并對煤吸附CO2后自燃特性抑制機理進行了分析。 (2)采空區(qū)注CO2后自燃三帶分布變化：高瓦斯易自燃采空區(qū)CO2防滅火技術研究中掌握其在現(xiàn)場應用中的規(guī)律和效果是本論文研究的又一重點內(nèi)容。根據(jù)采空區(qū)束管監(jiān)測系統(tǒng)的實際采樣分析，采空區(qū)注CO2后漏風流場和煤自燃指標氣體產(chǎn)生情況均發(fā)生了變化，采空區(qū)自燃“三帶”范圍進行了重新劃分，漏風帶顯著縮短，氧化帶前移并縮短。采空區(qū)遺煤在采空區(qū)70m處即進入窒息帶。并根據(jù)自燃“三帶”影響因素提出進一步優(yōu)化的技術措施。 (3)采空區(qū)注CO2對高抽巷瓦斯抽采影響：高瓦斯易自燃采空區(qū)CO2防滅火技術在防治煤自燃災害的同時對采空區(qū)瓦斯抽采的影響研究。以一緣煤礦采空區(qū)灌注CO2防滅火為工程背景，建立多場耦合條件下采空區(qū)瓦斯運移模型。引入多孔介質(zhì)物質(zhì)傳遞方程和Fick定理，以N-S方程和Brinkman方程來構(gòu)建工作面和采空區(qū)氣體運移模型。在多物理場耦合統(tǒng)一條件下建立了適用于150109工作面CO2防滅火條件下瓦斯流動數(shù)學模型。并結(jié)合一緣礦高抽巷瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)進行驗證得出采空區(qū)CO2防滅火條件下高抽巷瓦斯抽采量略微下降、抽采濃度上升的變化規(guī)律。 通過上述三個方面的綜合研究、對比分析，本論文對高瓦斯易自燃采空區(qū)CO2防滅火技術在CO2惰化煤體機理、注CO2后采空區(qū)自燃“三帶”和瓦斯抽采變化方面有了進一步的認識。并建議一緣礦嘗試在高瓦斯易自燃煤層開采中將CO2防滅火技術和高抽巷瓦斯抽采技術的聯(lián)合應用，建立兩種災害的綜合治理技術體系，對一緣煤礦的安全生產(chǎn)工作起到了一定的指導意義。
【關鍵詞】：高瓦斯易自燃 CO2防滅火技術 置換吸附 自燃特性 自燃“三帶” 瓦斯抽采 綜合治理
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD752.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究概況13-17
• 1.2.1 煤自燃相關機理方面研究13-14
• 1.2.2 CO_2惰化性能相關研究14-15
• 1.2.3 采空區(qū)自燃“三帶”劃分理論與方法15
• 1.2.4 采空區(qū)瓦斯抽采對浮煤自燃影響15-16
• 1.2.5 CO_2防滅火技術參數(shù)研究16-17
• 1.3 研究內(nèi)容和目標17-20
• 1.3.1 研究內(nèi)容17
• 1.3.2 研究路線17-20
• 第二章 采空區(qū)遺煤 CO_2/CH_4氣體吸附及置換規(guī)律研究20-42
• 2.1 一緣礦煤樣基礎參數(shù)測定20-29
• 2.1.1 一緣礦煤樣采集及工業(yè)分析20-22
• 2.1.2 一緣礦煤樣的含硫量測定22-23
• 2.1.3 一緣礦煤樣自燃傾向性鑒定23-26
• 2.1.4 一緣礦煤樣孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)26-29
• 2.2 CO_2對煤體中 CH_4置換吸附實驗29-40
• 2.2.1 實驗煤樣及裝置條件30-31
• 2.2.2 煤對 CO_2/CH_4吸附實驗31-36
• 2.2.3 CO_2對煤體中 CH_4置換吸附實驗36-40
• 2.3 本章小結(jié)40-42
• 第三章 采空區(qū)遺煤吸附 CO_2前后自燃特性研究42-54
• 3.1 實驗條件及過程42-44
• 3.2 實驗結(jié)果及分析44-52
• 3.2.1 程序升溫實驗結(jié)果及分析44-47
• 3.2.2 紅外光譜實驗結(jié)果及分析47-48
• 3.2.3 熱重實驗結(jié)果及分析48-49
• 3.2.4 程序升溫試驗耗氧速度對比分析49-52
• 3.3 本章小結(jié)52-54
• 第四章 采空區(qū)注 CO_2后自燃“三帶”變化規(guī)律研究54-72
• 4.1 一緣礦礦井及試驗工作面概況54-57
• 4.2. 采空區(qū) CO_2灌注方案與束管監(jiān)測方案57-62
• 4.2.1 CO_2灌注裝備57-59
• 4.2.2 采空區(qū) CO_2灌注技術參數(shù)59-60
• 4.2.3 采空區(qū)監(jiān)測測點布置60-61
• 4.2.4 采空區(qū)氣體監(jiān)測階段與監(jiān)測方法61-62
• 4.3. CO_2灌注防滅火對自燃三帶范圍劃分的影響62-68
• 4.3.1 采空區(qū)自燃“三帶”劃分標準62
• 4.3.2 工作面注 CO_2前采空區(qū)氣體變化規(guī)律62-64
• 4.3.3 工作面注 CO_2后采空區(qū)氣體變化規(guī)律64-67
• 4.3.4 工作面注 CO_2前后采空區(qū)自燃“三帶”的對比67-68
• 4.4 150109 工作面采空區(qū)自燃“三帶”影響因素分析68-70
• 4.4.1 采空區(qū)遺煤自燃影響因素的熱力學理論分析68-69
• 4.4.2 采空區(qū)自燃“三帶”優(yōu)化技術措施69-70
• 4.5 本章小結(jié)70-72
• 第五章 CO_2防滅火條件下采空區(qū)瓦斯抽采運移規(guī)律研究72-88
• 5.1 CO_2灌注防滅火條件下采空區(qū)氣體運移模型72-80
• 5.1.1 COMSOL 數(shù)值模擬軟件介紹72-73
• 5.1.2 CO_2灌注防滅火條件下采空區(qū)氣體運移模型建立73-78
• 5.1.3 采空區(qū)氣體運移模型參數(shù)和邊界條件設定78-80
• 5.2. CO_2灌注防滅火條件下采空區(qū)氣體運移數(shù)值模擬結(jié)果及分析80-86
• 5.3. 本章小結(jié)86-88
• 第六章 結(jié)論88-90
• 6.1 主要研究結(jié)論88-89
• 6.2 研究不足與展望89-90
• 參考文獻90-96
• 致謝96-98
• 作者簡介及攻讀碩士學位期間學術成果98

【參考文獻】

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本文編號：271579