论文部分内容阅读
煤矿自燃火灾次数占火灾总次数的90%以上,其中80%的自燃火灾发生在厚煤层中,在中国大倾角煤层储量约占煤炭总储量的14.05%,大倾角厚煤层自燃防治问题更为严峻。古山矿所含煤层为极易自燃煤层,065-2综放工作面是大倾角易自燃厚煤层综放开采工作面,受老火区影响严重,自然倾向性增强,发火期缩短,老火区复燃和回采工作面与邻近小煤窑老火区贯通而引起开采层自燃的比例高,发生发展速度较快,自燃防治难度大。针对不同开采阶段结合现场实际,采用现场测试、实验室实验、理论分析(数值模拟)以及工程应用相结合的方法,主要进行的工作和取得的成果如下:(1.)通过现场取样、室内热重实验、光谱特性实验等,研究平庄矿区古山矿煤体的自燃特性及指标气体产生规律,开展了不同配比阻化泡沫对不同煤样阻化效果实验,得出泡沫与水的体积比1:2为最佳配比,对提高煤的着火点温度及活化能都是最有利的。(2)通过065-2大倾角综放工作面采空区气体、温度现场监测和数值模拟研究,指出大倾角综放工作面采空区在氧气浓度分布、温度分布、风流速度分布、氧化带分布等方面和近水平及缓倾斜综放工作面采空区分布具有明显区别,得到大倾角综放工作面采空区自燃危险区域分布特征。(3)使用COMSOL Multiphysics 4.3b2D数值模拟软件,通过数值模拟,指出工作面风量变化的敏感反映指标是氧化带终止边界深入采空区的距离和采空区的最大风流速度,注氮时间和氧化带宽度之间具有近似“Z”字型的Boltzmann关系,提出了连续注氮存在最低有效作用时间和最大效率注氮时间。(4)采用数值解算方法,从隔离墙长度、间距、道数三个方面对采用砌筑隔离墙调控采空区风流结构的效果进行对比研究,得到不同风流结构调控技术参数与采空区氧化带宽度的定量关系和砌筑隔离墙的有效保护范围,提出结合有效保护距离、近似“√.”型关系及工程量和现场实际选择隔离墙参数的方法。(5)通过数值模拟,揭示了分阶段放顶煤采空区风流矢量和自燃危险区域的定量变化规律,指出分阶段放顶煤能够显著改变采空区内风流方向、降低风流速度和危险区域范围,对火区影响下大倾角易自燃综放工作面安全穿越老火区具有重要作用和意义。(6)提出加强采空区及老火区监测及封堵漏风、合理控制或降低风量、在有效时间基础上开展注氮并缩短注氮步距、在有效保护距离内适当长度的砌筑隔离墙并加密、加强老火区超前探测及采前和采中综合治理、加固顶板及巷帮保证灌注凝胶和泡沫阻化剂的密封性并缩短管路错距和多孔大量喷射阻化泡沫、分阶段放顶煤自燃综合防治技术方案,成功实现了火区影响下大倾角特厚易自燃煤层综放工作面的安全、高效生产。