【摘要】：近年來,隨著煤炭開采深度和強(qiáng)度的日益增大,采空區(qū)煤自燃的災(zāi)害問題日益突出,特別是針對高瓦斯易自燃煤層。存在提高瓦斯安全性的同時(shí)也必將使自然發(fā)火的安全性降低,反之,降低自然發(fā)火危險(xiǎn)性的同時(shí)又不能滿足安全排放瓦斯的要求,容易導(dǎo)致兩種安全隱患的顧此失彼的失衡問題。本文以楊柳礦實(shí)驗(yàn)工作面采空區(qū)為研究對象,通過實(shí)驗(yàn)測試、數(shù)值模擬、現(xiàn)場觀測和理論分析的方法,研究高瓦斯易自燃煤層采空區(qū)煤自燃致災(zāi)機(jī)理,為礦井日常的安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。本文在研究的過程中獲得主要結(jié)論如下:(1)通過實(shí)驗(yàn)室測定有無巖床覆蓋的煤層的瓦斯基本物性參數(shù)和自燃傾向等級,得出二者煤層的自燃傾向等級均為II類自燃煤層,且?guī)r漿侵入的熱變質(zhì)作用使得煤層的變質(zhì)程度增加,促進(jìn)了煤層孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)育,提高了煤層的吸附和儲集瓦斯的能力。(2)利用3DEC數(shù)值模擬二者采空區(qū)上覆巖層的裂隙發(fā)育情況,并依次建立采空區(qū)三維幾何模型,并運(yùn)用Comsol數(shù)值模擬軟件仿真三維采空區(qū)的應(yīng)力、孔隙率和滲透率分布,發(fā)現(xiàn)兩者采空區(qū)原始應(yīng)力、采后應(yīng)力、孔隙率和滲透率分布規(guī)律相似,但侵入的巖漿巖以厚硬巖床形式賦存于煤層上方,且?guī)r床本身具有質(zhì)地堅(jiān)硬、不易破斷等特點(diǎn),一定程度上充當(dāng)了礦井關(guān)鍵層的角色,厚硬巖床對覆巖的支撐作用使得其在未發(fā)生破斷前有效的承載了上覆巖層的重力,阻礙了應(yīng)力的向下傳遞,造成煤層上部與巖床下部之間的煤巖體堆積松散,裂隙通道發(fā)育,采空區(qū)壓實(shí)程度降低,孔隙率和滲透率明顯增大。(3)基于對應(yīng)力、孔隙率和滲透率研究的基礎(chǔ)上,對比分析有無巖床覆蓋二者采空區(qū)流場分布特征和自燃三帶分布范圍,并輔以現(xiàn)場觀測作為驗(yàn)證,得出數(shù)值模擬具有一定的可靠性,其自燃帶和氣體濃度場的分布可以用于指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)踐。同時(shí)分析了不同供風(fēng)量對巖床下伏煤層采空區(qū)自燃三帶分布范圍的影響,得出隨著供風(fēng)量的增加,自燃三帶分布范圍逐漸擴(kuò)大,并逐漸遠(yuǎn)離工作面向采空區(qū)深部移動。(4)針對工作面后方采空區(qū)自燃發(fā)火特征,構(gòu)建了“膠體堵漏、泡沫覆蓋、惰氣稀氧”的綜合防滅火手段,以及“插管注膠、埋管注惰及注泡、鉆孔注惰及注泡”相結(jié)合的防滅火介質(zhì)灌注工藝,對采空區(qū)遺煤空間進(jìn)行“立體覆蓋、快速惰化”,有效防治了采空區(qū)遺煤自燃。
【圖文】：

碩士學(xué)位論文中的安全技術(shù)參數(shù)，指導(dǎo)礦井安全高效生產(chǎn)。究方法和技術(shù)路線方法采用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、現(xiàn)場試驗(yàn)和大量現(xiàn)場資料與數(shù)究方法，以采空區(qū)煤自燃為主線，以致災(zāi)機(jī)理為研究目標(biāo)，分析。研究首先通過建立數(shù)值計(jì)算模型，以現(xiàn)場試驗(yàn)中實(shí)測度等數(shù)據(jù)為依據(jù)，利用參數(shù)擬合反演采空區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和模型是有限元數(shù)值方法，通過模擬試驗(yàn)，進(jìn)行理論規(guī)律的分析。技術(shù)路線圖如圖 1-3 所示。

14圖 2-2 楊柳礦巖漿巖分布平面和剖面示意圖Figure 2-2 Plan and section views of the igneous sills2.2 巖床對下伏煤層瓦斯參數(shù)的影響（The Influence on the GasOccurrence of Coal Seam under Magmatic Rock）巖漿侵入作為一種熱事件，其熱演化作用必然會對下伏煤體多元物性特征產(chǎn)生一定的影響。為此，前期在楊柳煤礦 10 煤層的 104、106、107 采區(qū)取了 6 組煤樣作為研究對象，，進(jìn)行鏡質(zhì)組反射率測定、電鏡掃描、孔隙結(jié)構(gòu)、工業(yè)分析、瓦斯吸附特性、突出指標(biāo)測定等實(shí)驗(yàn)。取樣位置如圖 2-2 和表 2-1。1#、2#、3#煤樣分別取自 106、104 采區(qū) 10 煤層，同第二層巖漿巖床的垂直距離近似相等，4#、5#、6#煤樣取自 107 采區(qū) 10 煤層，附近區(qū)域無巖漿巖賦存。故而認(rèn)為 1#~3#煤樣受巖漿侵蝕影響，而 4#~6#煤樣不受巖漿侵蝕影響，可通過對比實(shí)驗(yàn)分析巖漿侵入對下伏煤層瓦斯賦存規(guī)律的控制作用。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD752.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2689274