煤氧化過程CO產(chǎn)生機理及安全指標(biāo)研究.pdf

1、我國大部分煤層屬于容易自燃和自燃煤層。在高產(chǎn)高效礦井正常開采過程中,由于開采強度大、煤層易氧化等原因,工作面回風(fēng)隅角常伴有CO積聚現(xiàn)象,干擾煤自燃預(yù)測預(yù)報,影響礦井安全生產(chǎn)。CO產(chǎn)生機理、積聚規(guī)律及控制一直是礦井自燃災(zāi)害防治的關(guān)鍵科學(xué)問題。論文以靈武礦區(qū)主要開采煤層為研究對象,圍繞CO產(chǎn)生的微觀動力學(xué)、積聚規(guī)律、安全指標(biāo)和防控方法開展研究,為采空區(qū)煤自燃的早期預(yù)報和CO超限治理提供依據(jù)。
　　采取靈武礦區(qū)主要開采煤層煤樣,通過元素

2、分析和紅外光譜分析，得出煤分子結(jié)構(gòu)中含有的主要活性基團類型，基于量子化學(xué)密度泛函理論,利用Gaussian-03W軟件模擬了煤中的主要活性基團對CO脫附的動力學(xué)過程,結(jié)合理論分析，得出煤氧化過程中CO產(chǎn)生的3個步驟。
　　采用煤自燃程序升溫實驗裝置,對煤樣在氧氣濃度為4％、8％、12％、14％、18％及21％條件下進行實驗測試,得出了不同氧氣濃度下CO的產(chǎn)生規(guī)律,建立了程序升溫過程溫度和CO產(chǎn)生的定量函數(shù)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)了低溫階段CO生

3、成的3個過程,每個過程CO的產(chǎn)生主要受溫度和氧氣兩個條件共同作用。利用煤自然發(fā)火實驗,得出了靈武煤樣自然升溫過程中CO產(chǎn)生相關(guān)特性參數(shù)、極限參數(shù),為分析采空區(qū)內(nèi)CO的積聚規(guī)律提供依據(jù)。
　　通過對5個典型工作面采空區(qū)CO進行觀測、理論分析,得到了采空區(qū)CO、O2及采空區(qū)深度的相互影響規(guī)律。通過對回風(fēng)隅角CO與配風(fēng)量、推進速度和回采率等因素的灰色關(guān)聯(lián)分析,得出各因素對CO濃度影響的關(guān)聯(lián)度。建立了采空區(qū)CO產(chǎn)生和積聚的控制方程,利用F

4、LUENT軟件,模擬得出了正常生產(chǎn)條件下CO在采空區(qū)積聚規(guī)律。
　　建立了工作面回風(fēng)隅角CO濃度安全臨界指標(biāo)的計算模型,并針對靈武礦區(qū)大采高、綜放面及綜采面3類典型工作面的實際開采條件,計算出了工作面回風(fēng)隅角CO濃度的安全指標(biāo),為工作面自然發(fā)火的早期預(yù)報提供了依據(jù),有效指導(dǎo)了工作面的安全生產(chǎn)。
　　根據(jù)靈武礦區(qū)主要開采煤層生成CO的生成及積聚規(guī)律,結(jié)合工作面開采條件,提出了適應(yīng)于靈武礦區(qū)開采煤層CO超限控制方法,并在工作面回