【摘要】：我國東部礦區(qū)地下開采深度越來越大，地溫逐漸升高，導(dǎo)致煤自燃災(zāi)害更加頻繁發(fā)生。位于山東滕南礦區(qū)的棗礦集團(tuán)田陳、滕東等礦的開采深度均已達(dá)到-900m，地溫超過40℃，煤自然發(fā)火災(zāi)害尤為嚴(yán)重，迫切需要開展高地溫環(huán)境中煤低溫氧化特性及防滅火技術(shù)的研究。 地溫是煤的起始氧化溫度，直接影響煤的自燃特性。本文采用程序升溫法分別以20℃、30℃、40℃為起始溫度模擬研究不同地溫對煤自燃特性的影響，得到了煤不同起始溫度氧化溫升過程中耗氧量、耗氧速率以及交叉點溫度的變化規(guī)律。研究表明：煤以不同起始溫度氧化溫升過程中，起始氧化溫度越高，煤的耗氧量及耗氧速率越大，煤自燃的交叉點溫度越低，其機(jī)理在于在高地溫條件下，煤中參與化學(xué)反應(yīng)的微觀活性基團(tuán)的數(shù)量增高，進(jìn)而耗氧量以及耗氧速率高，溫升速率快，交叉點溫度低，更易自然發(fā)火。 煤氧化產(chǎn)熱是導(dǎo)致煤自燃的根本原因，動力學(xué)參數(shù)是決定煤低溫氧化反應(yīng)速率的主要因素。本文通過采用高精度微量熱儀C80測試煤在氧化過程中的產(chǎn)熱，研究了煤氧化溫升過程中動力學(xué)特性參數(shù)的實時變化規(guī)律；基于此，采用熱分析動力學(xué)方法，通過構(gòu)建與求解煤在絕熱環(huán)境中的熱平衡方程，模擬了煤的自熱溫升過程，，實現(xiàn)了不同地溫環(huán)境中煤自熱危險性的快速判定。研究表明：隨著地溫的升高，煤絕熱氧化溫升到70℃所用的時間明顯降低，煤的自然危險性顯著增加；采用熱分析動力學(xué)模擬方法能夠快速準(zhǔn)確地模擬煤的自熱溫升過程，克服了現(xiàn)有實驗室絕熱氧化實驗消耗時間長、成功率低的缺點。 煤自燃的早期識別與預(yù)報是有效防治內(nèi)因火災(zāi)的基礎(chǔ)，而氣體分析法是目前煤自燃早期預(yù)測預(yù)報應(yīng)用最為廣泛的方法。本文采用程序升溫法分別以20℃、30℃、40℃為起始溫度模擬研究不同地溫環(huán)境中煤氧化過程氣體產(chǎn)物的變化規(guī)律，得到了地溫對煤自燃預(yù)測預(yù)報指標(biāo)氣體的影響。研究表明：隨著煤起始氧化溫度的升高，煤釋放出的CO的濃度降低（20℃＞30℃＞40℃），而不同煤樣釋放出的烷烯烴氣體的濃度的變化規(guī)律不同。采用CO的絕對生成量或格雷哈姆系數(shù)R2值作為預(yù)測預(yù)報煤自燃的指標(biāo)氣體時，隨著礦井地溫的升高，均需要降低臨界判定指標(biāo)值。 為實現(xiàn)滕南礦區(qū)高地溫礦井的安全開采，需要從抑制產(chǎn)熱與降溫兩個角度出發(fā)采取措施，確定采用惰化技術(shù)抑制煤低溫氧化過程和灌注流體介質(zhì)降低易發(fā)火區(qū)域溫度的治理思路，提出了堵漏降氧、惰化置換和泡沫快速降溫的高效綜合防治技術(shù)。研究表明：采用惰化技術(shù)防止煤自燃災(zāi)害時需要將遺煤周圍環(huán)境中氧濃度降到5%及其以下。采用液態(tài)二氧化碳或液氮灌注技術(shù)治理煤自燃災(zāi)害時，其對高溫區(qū)域的冷卻降溫作用有限，主要表現(xiàn)為對火區(qū)的惰化抑爆作用，而阻化及三相泡沫降溫作用明顯，能快速冷卻高溫火區(qū)。該綜合防治技術(shù)已在滕南礦區(qū)順利推廣，為治理高地溫環(huán)境的煤自燃災(zāi)害提供了可靠的技術(shù)保障。
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【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD752.2

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚強(qiáng),岑可法,施正倫,曹欣玉,施正展,曹英武;多煤種配煤特性的試驗研究[J];動力工程;1997年02期

2 張如意;煤礦用防火材料及阻化劑[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;1999年01期

3 秦波濤;王德明;陳建華;;防滅火三相泡沫流體特性實驗研究[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報;2006年04期

4 梁樹平;周西華;張宏偉;齊慶杰;;液氮降溫防滅火試驗研究[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年06期

5 劉喬;王德明;仲曉星;焦新明;張慧君;;基于程序升溫的煤層自然發(fā)火指標(biāo)氣體測試[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年03期

6 趙玉岐,李改云;惰性泡沫防滅火[J];河北煤炭;1997年01期

7 戰(zhàn)婧;王寅;王海暉;;煤氧化增重現(xiàn)象中的控制反應(yīng)及其動力學(xué)解析[J];化學(xué)學(xué)報;2012年08期

8 仲維仁,李鳳澤;應(yīng)用格拉哈姆系數(shù)(G)進(jìn)行自然發(fā)火點預(yù)測預(yù)報[J];煤礦安全;1987年10期

9 彭本信;應(yīng)用熱分析技術(shù)研究煤的氧化自燃過程[J];煤礦安全;1990年04期

10 戚穎敏;礦井火災(zāi)防治技術(shù)的現(xiàn)代發(fā)展與應(yīng)用[J];煤礦安全;1991年04期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 許濤;煤自燃過程分段特性及機(jī)理的實驗研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2012年

本文編號：2348155