【摘要】：煤礦井下煤炭易自燃地點(diǎn)一是回采之后工作面進(jìn)風(fēng)順槽與回風(fēng)順槽形成的采空區(qū)內(nèi),二是回采巷道內(nèi)長期與空氣接觸的煤壁內(nèi),本文采取理論研究與相似模擬試驗(yàn)相結(jié)合的方法對此兩種情況進(jìn)行重點(diǎn)研究。煤礦回采巷道自然發(fā)火往往是在煤體內(nèi)部距離煤壁表面一定深度的范圍內(nèi)發(fā)生的,基于巷道開挖后兩側(cè)煤柱上覆頂板壓力作用下煤壁內(nèi)部裂隙張開發(fā)育加劇,煤壁漏風(fēng)量增加,通過建立圍巖松動圈計(jì)算模型,從理論層面計(jì)算出煤壁內(nèi)部的圍巖塑性松動圈范圍,為1.42m左右;并建立煤壁內(nèi)部的高溫點(diǎn)反演計(jì)算模型,通過YRH700紅外熱成像儀對煤壁表面的溫度進(jìn)行掃描后的結(jié)果,進(jìn)一步反算出塑性松動圈范圍內(nèi)的高溫點(diǎn)的具體位置和高溫點(diǎn)的溫度數(shù)值,并利用軟件作出煤壁內(nèi)部的等溫線圖;結(jié)合所選樣本——汾西瑞泰井礦正明煤業(yè)有限公司0409工作面的推進(jìn)速度、頂板跨落情況、巷道內(nèi)CO、CO_2氣體的監(jiān)測情況,重點(diǎn)對工作面順槽距離工作面端頭13.1m~67m范圍內(nèi)的煤壁進(jìn)行研究。針對工作面采空區(qū)的自然發(fā)火,結(jié)合“U型自然發(fā)火區(qū)”理論中的三帶重新劃分,確定易自燃帶,并建立采空區(qū)自然發(fā)火煤堆模型,利用紅外熱成像儀對煤堆自燃的效果進(jìn)行研究;分別研究了粒徑大小對煤堆的傳熱影響、煤樣含水性多少對煤堆的傳熱影響,測試了YRH700紅外熱像儀的最大有效探測距離和煤堆的最大有效傳熱厚度,為該項(xiàng)技術(shù)在煤礦井下的實(shí)際操作奠定了一定的理論參考數(shù)值,最后對煤堆內(nèi)部高溫?zé)嵩吹臒崃枯椛溱厔葸M(jìn)行了研究,以期為采空區(qū)自燃后的滅火工作提供方向指導(dǎo)。通過以上試驗(yàn),得出了以下結(jié)論:(1)0409順槽巷道松動圈范圍為4.34m,煤體內(nèi)部的塑性松動圈范圍是1.42m;(2)在順槽中距離端頭13.1m~67m的范圍內(nèi)40m、50m兩處為反算結(jié)果溫度值最高處,其位置深度也在松動圈范圍之內(nèi),為1.5m左右,最高溫度值為32℃左右,這兩處應(yīng)當(dāng)作為0409工作面巷道防火的重點(diǎn)區(qū)段;(3)通過粒徑試驗(yàn)得出了煤樣粒徑30mm時(shí)的煤堆傳熱速率最快,且可得出在煤堆孔隙度在一定范圍內(nèi)時(shí),其傳熱速率與煤樣粒徑大小呈正相關(guān);(4)通過距離試驗(yàn)得出了國產(chǎn)YRH700礦用本質(zhì)安全型紅外熱成像儀的最大有效探測距離為6m,當(dāng)探測距離大于6m時(shí),高溫區(qū)域與周圍低溫區(qū)的溫差仍會在儀器中顯示出來,但并不能提供高溫區(qū)域的準(zhǔn)確溫度,無法對自燃的階段進(jìn)行判斷;(5)通過水分試驗(yàn)得出了煤堆孔隙中的含水量對煤體的傳熱效果和傳熱速率均有影響,且當(dāng)水分含量滿足一定的極值域條件,即水分不會汽化吸熱時(shí),水分含量大小與煤堆的傳熱效果/傳熱速率均成負(fù)相關(guān);(6)通過三種不同厚度的煤樣試驗(yàn),建立了以煤堆內(nèi)部熱源距離煤堆表面的距離(厚度)為自變量,以表面溫度最高點(diǎn)H值與熱源初始溫度之差為因變量的最優(yōu)擬合方程,并通過理論計(jì)算得出了該紅外熱像儀對于煤壁的最大有效探測深度,為33.628cm;(7)通過高溫?zé)嵩吹臒崃枯椛溱厔菰囼?yàn)得出了煤堆周圍空氣在受熱之后,受熱氣體橫向方向的運(yùn)動軌跡呈“扁平狀”,即熱量首先向水平方向擴(kuò)散,使周圍冷空氣溫度上升,同時(shí)在豎直方向上熱量以溫度梯度的方式向外擴(kuò)展,擴(kuò)展軌跡類似于等溫線模式;因此,采空區(qū)遺煤自燃之后防滅火的重點(diǎn)方向應(yīng)為遺煤正上方,可在該區(qū)域內(nèi)的未自燃區(qū)域加注惰性氣體或黃泥漿等物質(zhì)以防自燃范圍進(jìn)一步擴(kuò)大;此試驗(yàn)為采空區(qū)遺煤自燃后的防滅火措施的施行提供方向性指導(dǎo)。本論文所有試驗(yàn)均是在紅外探測技術(shù)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行,對實(shí)際生產(chǎn)或工業(yè)性測試具有一定的理論指導(dǎo)和借鑒意義。
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD752.2
【圖文】：

圖 1-1 煤炭自燃過程及顯現(xiàn)特征圖1 The process of spontaneous combustion of coal and its charac煤炭自燃過程的詳細(xì)闡述，知道煤炭自燃發(fā)生的必要身具有自燃傾向性且成一定塊度的塊狀存在；②能夠

技術(shù)路線示意圖

圖 2-1 巷道開挖后煤體應(yīng)力變化Fig.2-1 Stress change of coal body after tunnel excavation圖中（a）為煤體三向應(yīng)力狀態(tài)，各部分均處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，在巷道開挖后，巷道兩側(cè)幫分別失去了向煤體內(nèi)部方向的應(yīng)力支撐，巷道上覆頂板失去了向

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本文編號：2829763