平朔礦區(qū)厚煤層綜放開(kāi)采注氮對(duì)采空區(qū)氣體分布規(guī)律的影響研究.pdf

1、煤炭自燃是煤炭開(kāi)采中嚴(yán)重的災(zāi)害之一，已成為制約高產(chǎn)、高效礦井安全生產(chǎn)與健康發(fā)展的主要因素之一。隨著厚煤層綜采放項(xiàng)煤開(kāi)采技術(shù)的推廣，在保障礦井高產(chǎn)高效運(yùn)行的同時(shí)，煤炭自燃火災(zāi)的防治工作也顯得尤為重要。在綜放開(kāi)采過(guò)程中，采空區(qū)頂板冒落大，留有大量的浮煤，加之井上下漏風(fēng)，因而采空區(qū)浮煤很容易與漏風(fēng)流中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，從而導(dǎo)致采空區(qū)浮煤自燃，嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。
　　 本文針對(duì)平朔礦區(qū)井工礦自燃厚煤層綜放開(kāi)采采空區(qū)注氮參數(shù)是根

2、據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，缺乏科學(xué)合理的注氮參數(shù)，通過(guò)不同氧氣濃度下煤的自燃特性參數(shù)試驗(yàn)研究，得出了平朔礦區(qū)4＃煤自然發(fā)火的臨界氧氣濃度，同時(shí)通過(guò)理論分析、試驗(yàn)研究及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定綜放工作面采空區(qū)注氮前后氣體分布規(guī)律及采用不同注氮參數(shù)對(duì)采空區(qū)惰化的效果，結(jié)合CFD測(cè)試技術(shù)給出采空區(qū)注氮惰化效果，從而優(yōu)化采空區(qū)注氮防滅火技術(shù)參數(shù)，對(duì)減少平朔礦區(qū)自燃火災(zāi)事故率、提高礦井防滅火技術(shù)管理水平具有重要意義。
　　 主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
　　 1、

3、為掌握煤層自然發(fā)火的特性和早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的指標(biāo)，對(duì)4＃煤層煤樣進(jìn)行了程序升溫氧化試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：平朔井工一礦4＃煤層產(chǎn)生CO的臨界溫度(指煤樣在升溫氧化過(guò)程中檢測(cè)到CO濃度急劇變化點(diǎn)的溫度)為80℃，C2H4出現(xiàn)的溫度為120℃，H2出現(xiàn)的溫度為90℃，且其生成量隨溫度的上升呈先上升后下降再上升的變化趨勢(shì)，C2H2出現(xiàn)的溫度高于220℃。因此，平朔井工一礦4＃煤層指標(biāo)氣體應(yīng)在使用CO的前提下，結(jié)合C2H4和C2H2作為綜合判斷指標(biāo)，對(duì)

4、煤自然發(fā)火的不同階段及其發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。
　　 2、為掌握煤層自然發(fā)火的臨界氧氣濃度，對(duì)4＃煤層煤樣進(jìn)行了不同氧氣濃度下的程序升溫氧化試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著煤氧化環(huán)境中氧氣濃度(18％、12％、10％、8％、5％)的降低，CO、C2H4生成的初始溫度呈現(xiàn)“滯后效應(yīng)”，相對(duì)滯后10℃，其生成量相對(duì)變化10％～80％。根據(jù)平朔井工一礦4＃煤層煤樣在不同氧氣濃度下程序升溫氧化過(guò)程中指標(biāo)氣體CO生成的初始溫度與氧氣濃度之間的線性

5、回歸關(guān)系多：y=94.54272-3.21029x，推斷出4＃煤層自然發(fā)火的臨界氧氣濃度為5％，為優(yōu)化采空區(qū)注氮參數(shù)提供依據(jù)。
　　 3、通過(guò)在平朔井工一礦14107綜放工作面鋪設(shè)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)利用自主研發(fā)的移動(dòng)式束管采樣系統(tǒng)及地面氣體分析化驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)采空區(qū)氣體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明未注氮條件下開(kāi)采采空區(qū)中O2濃度(體積分?jǐn)?shù))分布界限對(duì)應(yīng)位置為：散熱帶≥18％，<14m；氧化帶5％～18％，14～255m；窒息帶<5％，

6、>255m。
　　 注氮條件下開(kāi)采采空區(qū)中O2濃度(體積分?jǐn)?shù))分布界限對(duì)應(yīng)位置為：散熱帶≥18％，<14m；氧化帶5％～18％，14～162m；窒息帶<5％，>162m。
　　 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，14107綜放工作面注氮前后采空區(qū)氣體O2分布規(guī)律發(fā)生了變化，體現(xiàn)在采空區(qū)“三帶”范圍中散熱帶未發(fā)生變化，氧化帶在注氮后縮短了約93m，對(duì)比注氮前后，窒息帶也隨之提前了93m。
　　 4、根據(jù)平朔井工一礦按產(chǎn)量計(jì)算注氮量