煤層露頭火災(zāi)動(dòng)態(tài)演化機(jī)理與控制研究.pdf

1、煤層露頭火災(zāi)不斷發(fā)展所形成的大面積煤田火災(zāi),不僅造成巨大的資源損失和環(huán)境污染,而且對(duì)人類的健康、自然的環(huán)境破壞和煤礦的安全生產(chǎn)都造成威脅。我國煤層露頭火區(qū)分布范圍廣、火災(zāi)燃燒程度嚴(yán)重,每年直接燒失煤炭資源約2000萬t,破壞煤炭資源達(dá)2億t。研究煤層露頭火災(zāi)形成演化機(jī)理,為火區(qū)的預(yù)防和治理提供理論指導(dǎo)具有重要的意義。
　　采用煤低溫自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)和熱重分析實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法,測(cè)試了煤層露頭氧化、熱解、燃燒過程的特性參數(shù),分析了煤低

2、溫氧化自燃階段、煤的熱分解階段和煤的燃燒階段三個(gè)不同階段的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,掌握了煤層露頭燃燒過程的機(jī)理與特性;采用MTS815.02電液伺服巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和NM-4A型非金屬超聲檢測(cè)分析儀,研究溫度載荷作用下砂巖的熱破壞過程,分析了砂巖熱破壞宏觀力學(xué)特性,探討了砂巖宏觀熱破壞機(jī)理,通過對(duì)煤層露頭火區(qū)上覆巖層的熱破壞特性的系統(tǒng)分析,研究提出了煤層露頭火區(qū)上覆巖層的塌陷、破壞機(jī)理,得出了上覆巖層的塌陷、破壞規(guī)律與形式,其形成的塌陷裂隙、塌陷

3、臺(tái)階和塌陷坑是造成煤層露頭持續(xù)供氧燃燒的主要漏風(fēng)通道。
　　依據(jù)多孔介質(zhì)滲流理論,分析了煤層露頭火區(qū)內(nèi)氣體特性和風(fēng)流滲流狀態(tài),研究了火區(qū)內(nèi)氣體流動(dòng)動(dòng)力和阻力,推導(dǎo)出煤層露頭火區(qū)氣體滲流數(shù)學(xué)模型,并結(jié)合煤層露頭火災(zāi)熱動(dòng)力特性分析,構(gòu)建了煤層露頭火災(zāi)演化過程物理模型,對(duì)煤層露頭火區(qū)在不同漏風(fēng)強(qiáng)度條件下的溫度場(chǎng)和煤層露頭火區(qū)在不同溫度條件下的滲流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。通過煤層露頭火災(zāi)發(fā)生發(fā)展的規(guī)律及燃燒特點(diǎn)的分析,提出了煤層露頭火災(zāi)燃燒狀態(tài)識(shí)

4、別判定方法和對(duì)火區(qū)進(jìn)行分類治理的思想,并根據(jù)熱量的產(chǎn)生、聚集、擴(kuò)散和持續(xù)的漏風(fēng)供氧是影響煤層露頭火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展過程的關(guān)鍵要素,提出了以降氧為主的火區(qū)控制方法和以降溫為主的火區(qū)治理方法及實(shí)現(xiàn)該方法的相應(yīng)技術(shù)措施。
　　最后,以四川省攀枝花市寶鼎礦區(qū)煤層露頭火區(qū)為模型,依據(jù)煤層露頭火災(zāi)燃燒狀態(tài)識(shí)別判定方法,進(jìn)行了火區(qū)分類治理,將以降氧為主的火區(qū)控制理論和以降溫為主的火區(qū)治理理論應(yīng)用到實(shí)際煤層露頭火災(zāi)的治理工程中。通過采取煤層露頭剝挖、