高瓦斯易自燃煤層采空區(qū)CO2防滅火技術(shù)研究.pdf

1、左權(quán)和順礦區(qū)一緣礦主采煤層是15＃高瓦斯易自燃煤層，瓦斯災(zāi)害與采空區(qū)煤自燃災(zāi)害是礦井高產(chǎn)高效開采過程中要解決的兩個主要礦井災(zāi)害。針對高瓦斯易自燃礦井災(zāi)害防治技術(shù)開展研究，這既有利于煤炭企業(yè)的安全高效開采，又能降本增效保證安全技術(shù)工作穩(wěn)定性。本文以高瓦斯易自燃采空區(qū)CO2防滅火技術(shù)為研究對象，分別采用實驗研究、現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬等方法對CO2抑制采空區(qū)遺煤自燃機(jī)理、采空區(qū)注CO2后自燃三帶分布變化、采空區(qū)注CO2對高抽巷瓦斯抽采影響三方面

2、進(jìn)行了研究。
　　(1) CO2抑制采空區(qū)遺煤自燃機(jī)理:采空區(qū)煤自燃災(zāi)害的防治首先必須要研究防治技術(shù)的機(jī)理，采空區(qū)遺煤在注CO2、低O2、漏風(fēng)等復(fù)雜條件下的自燃研究是復(fù)雜的。通過太原理工大學(xué)安全工程技術(shù)研究中心自行設(shè)計的氣體置換-吸附實驗裝置進(jìn)行CO2/CH4吸附與置換吸附實驗。得出采空區(qū)遺煤（常溫常壓、混合粒徑）CO2/CH4單位吸附量和CO2對煤體中CH4置換率。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用程序升溫、紅外光譜、熱重實驗3種實驗方法對比分析了

3、CO2抑制煤自燃特性在指標(biāo)氣體生成、官能團(tuán)和自燃特征溫度區(qū)間等方面的變化規(guī)律。并對煤吸附CO2后自燃特性抑制機(jī)理進(jìn)行了分析。
　　(2)采空區(qū)注CO2后自燃三帶分布變化:高瓦斯易自燃采空區(qū)CO2防滅火技術(shù)研究中掌握其在現(xiàn)場應(yīng)用中的規(guī)律和效果是本論文研究的又一重點內(nèi)容。根據(jù)采空區(qū)束管監(jiān)測系統(tǒng)的實際采樣分析，采空區(qū)注CO2后漏風(fēng)流場和煤自燃指標(biāo)氣體產(chǎn)生情況均發(fā)生了變化，采空區(qū)自燃“三帶”范圍進(jìn)行了重新劃分，漏風(fēng)帶顯著縮短，氧化帶前移并

4、縮短。采空區(qū)遺煤在采空區(qū)70m處即進(jìn)入窒息帶。并根據(jù)自燃“三帶”影響因素提出進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)措施。
　　(3)采空區(qū)注CO2對高抽巷瓦斯抽采影響:高瓦斯易自燃采空區(qū)CO2防滅火技術(shù)在防治煤自燃災(zāi)害的同時對采空區(qū)瓦斯抽采的影響研究。以一緣煤礦采空區(qū)灌注CO2防滅火為工程背景，建立多場耦合條件下采空區(qū)瓦斯運(yùn)移模型。引入多孔介質(zhì)物質(zhì)傳遞方程和Fick定理，以N-S方程和Brinkman方程來構(gòu)建工作面和采空區(qū)氣體運(yùn)移模型。在多物理場耦合

5、統(tǒng)一條件下建立了適用于150109工作面CO2防滅火條件下瓦斯流動數(shù)學(xué)模型。并結(jié)合一緣礦高抽巷瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證得出采空區(qū)CO2防滅火條件下高抽巷瓦斯抽采量略微下降、抽采濃度上升的變化規(guī)律。
　　通過上述三個方面的綜合研究、對比分析，本論文對高瓦斯易自燃采空區(qū)CO2防滅火技術(shù)在CO2惰化煤體機(jī)理、注CO2后采空區(qū)自燃“三帶”和瓦斯抽采變化方面有了進(jìn)一步的認(rèn)識。并建議一緣礦嘗試在高瓦斯易自燃煤層開采中將CO2防滅火技術(shù)和高抽巷瓦斯