近距離煤層群開采煤層自燃預(yù)測(cè)研究.pdf

1、煤炭是我國主要能源，占一次性能源消費(fèi)量的70[％]以上，同時(shí)煤炭生產(chǎn)量及消費(fèi)量也占世界第一位。但我國煤層自燃十分嚴(yán)重，對(duì)煤炭生產(chǎn)的安全威脅很大。近距離煤層群開采在煤炭企業(yè)中比較普遍，雙鴨山礦區(qū)多個(gè)煤田都存在近距離煤層群開采現(xiàn)象。近距離煤層群開采過程中，鄰近層之間產(chǎn)生大量相連通的裂隙，因而存在層間漏風(fēng)，致使松散煤層中的滲流規(guī)律與單層開采有很大區(qū)別，煤層自燃危險(xiǎn)區(qū)域的分布規(guī)律也更加復(fù)雜，自燃預(yù)測(cè)比較困難。現(xiàn)有自燃危險(xiǎn)區(qū)域判定理論不能實(shí)現(xiàn)對(duì)其

2、自燃危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確劃分；數(shù)值模擬煤自燃全過程的計(jì)算量非常大，難以在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用，目前還沒有比較方便的近距離煤層群開采自燃預(yù)測(cè)的理論體系。
　　 論文通過煤樣自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了煤在不同溫度下的耗氧速度、CO 產(chǎn)生率和二氧化碳產(chǎn)生率及氧化放熱強(qiáng)度等參數(shù)，據(jù)此計(jì)算出煤在不同條件下自燃的下限氧濃度，極限浮煤厚度、上限漏風(fēng)強(qiáng)度等參數(shù)，為自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)奠定了基礎(chǔ)。
　　 通過鉆孔測(cè)定了煤層群開采采空區(qū)頂部冒落帶的范圍，確定了近距離

3、煤層群開采采空區(qū)滲流區(qū)域，結(jié)合雙鴨山礦區(qū)開采沉陷特征，分析得到采空區(qū)空隙率變化規(guī)律；進(jìn)一步結(jié)合實(shí)驗(yàn)室研究，分析得到煤層群開采采空區(qū)不同深度的滲透系數(shù)的變化規(guī)律。建立了近距離煤層群開采采空區(qū)多組分氣體的滲流、擴(kuò)散、氧化反應(yīng)等多場(chǎng)耦合的較完善的三維數(shù)學(xué)模型和物理模型。結(jié)合雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)實(shí)際條件，運(yùn)用該模型進(jìn)行采空區(qū)傳質(zhì)數(shù)值模擬，得到采空區(qū)氧濃度場(chǎng)和滲流場(chǎng)的分布規(guī)律，結(jié)合采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域判定理論，劃分出近距離煤層群開采自燃危險(xiǎn)區(qū)域，并實(shí)現(xiàn)了

4、自燃危險(xiǎn)期的預(yù)測(cè)。實(shí)踐表明，該方法的預(yù)測(cè)結(jié)果可靠，精度可滿足生產(chǎn)中的防滅火問題。
　　 通過采空區(qū)深部開放式注二氧化碳時(shí)采空區(qū)流場(chǎng)及濃度場(chǎng)的數(shù)值模擬，得到不同位置和流量注二氧化碳時(shí)綜放采空區(qū)自燃“三帶”的分布范圍，得出注二氧化碳流量、灌注口位置等與氧化升溫帶寬度的關(guān)系，進(jìn)而提出了開放式注二氧化碳的優(yōu)化技術(shù)參數(shù)，對(duì)指導(dǎo)開放式注惰氣防滅火有一定意義。實(shí)踐證明，運(yùn)用注液態(tài)二氧化碳技術(shù)成功撲滅了近距離煤層群開采自燃火區(qū)，保障了安全生產(chǎn)，