高瓦斯自燃礦井中,瓦斯抽采與采空區(qū)遺煤自燃是相互影響、相互制約的。目前,沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用可以很好解決工作面上隅角瓦斯超限問題,然而隨著工作面推進(jìn)采空區(qū)及沿空留巷頂板巖層失穩(wěn)破碎,沿空留巷工作面采空區(qū)漏風(fēng)增大,采空區(qū)遺煤自燃危險增大。因此,弄清其內(nèi)在規(guī)律,做到礦井瓦斯不超限、采空區(qū)遺煤不自燃是高瓦斯易自燃礦井工作的重中之重,也是國內(nèi)外學(xué)者亟待研究的重點。本文主要結(jié)合沙曲礦24208“Y”型通風(fēng)及現(xiàn)有瓦斯抽采技術(shù),根據(jù)采空區(qū)氧化自燃實際情況,通過煤低溫氧化動力學(xué)參數(shù)測試,系統(tǒng)研究煤樣的氧化升溫、耗氧、以及氣體發(fā)生規(guī)律,實驗得到煤層的氧化特征參數(shù);明確沿空留巷采空區(qū)上覆煤巖裂隙演化特征,定性分析抽采方式對采空區(qū)漏風(fēng)的影響;通過數(shù)值模擬得到采空區(qū)滲流風(fēng)速及氧氣濃度分布,掌握采空區(qū)流場擾動規(guī)律;基于實驗、實測及模擬的系統(tǒng)研究,對瓦斯抽采下沿空留巷工作面采空區(qū)自燃規(guī)律及發(fā)生機(jī)制進(jìn)行研究。通過實驗研究確定了24208采空區(qū)煤樣的耗氧速度隨著其粒徑的變小而增大,當(dāng)達(dá)溫度達(dá)到120℃后這種趨勢更加明顯,通過分析低溫氧化下自燃特征參數(shù)確定煤樣屬于Ⅱ類自燃;分析了工作面采空區(qū)頂板裂隙漏風(fēng)通道及充填墻體裂隙通道,確定了瓦斯抽采下沿空留巷工作面采空區(qū)漏風(fēng)源匯關(guān)系;實測分析確定了采空區(qū)不同傾向范圍自燃危險區(qū)域;通過數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實測基本吻合。最終確立了瓦斯抽采下沿空留巷工作面采空區(qū)遺煤自燃規(guī)律及發(fā)生機(jī)制。論文根據(jù)采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃所需的條件,實驗分析不同粒徑煤本身自燃屬性,特別是對瓦斯抽采下“Y”型通風(fēng)采空區(qū)遺煤通風(fēng)供氧發(fā)生機(jī)制,蓄熱條件等進(jìn)行研究分析。研究成果對類似條件下采空區(qū)遺煤自燃防治有重要指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TD712.6
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究意義及目的
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 高瓦斯工作面自燃治理現(xiàn)狀
        1.2.2 沿空留巷充填支護(hù)及上覆煤巖穩(wěn)定研究現(xiàn)狀
        1.2.3 抽采條件對采空區(qū)漏風(fēng)流場影響研究
        1.2.4 瓦斯抽采誘導(dǎo)采空區(qū)浮煤自燃機(jī)制研究
    1.3 課題提出及意義
    1.4 本文研究內(nèi)容
    1.5 技術(shù)路線
2 煤自燃特征及標(biāo)志性氣體實驗研究
    2.1 實驗原理
    2.2 實驗裝置
        2.2.1 實驗臺氣路部分
        2.2.2 煤自燃實驗控溫部分
        2.2.3 實驗氣體采集與分析系統(tǒng)
    2.3 實驗基本條件
    2.4 實驗結(jié)果及分析
        2.4.1 耗氧速度結(jié)果分析
        2.4.2 氧化氣體及產(chǎn)生率分析
        2.4.3 放熱強(qiáng)度分析
        2.4.4 指標(biāo)氣體測試
        2.4.5 臨界溫度和干裂溫度確定
        2.4.6 煤的自燃傾向性判定
    2.5 小結(jié)
3 沿空留巷工作面采空區(qū)上覆裂隙通道演化特征研究
    3.1 礦壓及裂隙演化特征
        3.1.1 礦山壓力概念
        3.1.2 沿空留巷階段礦壓規(guī)律
    3.2 沿空留巷工作面上覆巖層裂隙演化規(guī)律
        3.2.1 采空側(cè)頂板結(jié)構(gòu)運動
        3.2.2 沿空留巷側(cè)上覆圍巖裂隙發(fā)育
        3.2.3 裂隙帶高度的經(jīng)驗計算
    3.3 沿空留巷工作面采空區(qū)漏風(fēng)通道
    3.4 小結(jié)
4 沿空留巷工作面采空區(qū)漏風(fēng)通道識別及自燃危險區(qū)域判定
    4.1 示蹤氣體漏風(fēng)測試
        4.1.1 漏風(fēng)測試原理
        4.1.2 現(xiàn)場測試裝備
        4.1.3 測試步驟
        4.1.4 測點結(jié)果及分析
    4.2 風(fēng)量損失分析
        4.2.1 工作面漏風(fēng)特征
        4.2.2 工作面漏風(fēng)“源匯”定量分析
    4.3 瓦斯抽采系統(tǒng)下采空區(qū)自燃危險區(qū)域判定
        4.3.1 實測技術(shù)手段
        4.3.2“Y”型實測技術(shù)方案
        4.3.3 采空區(qū)氧氣濃度變化規(guī)律
        4.3.4 采空區(qū)溫度變化規(guī)律分析
        4.3.5 Y型采空區(qū)自燃危險區(qū)域判定
    4.4 采空區(qū)漏風(fēng)流場數(shù)值分析
        4.4.1 24208工作面物理模型及模擬研究方案
        4.4.2 24208采空區(qū)流場數(shù)值模擬分析
    4.5 小結(jié)
5 立體瓦斯抽采下沿空留巷采空區(qū)遺煤自燃發(fā)生機(jī)制
    5.1 遺煤自燃影響因素
        5.1.1 煤的自燃傾向性影響因素及判定
        5.1.2 煤層地質(zhì)賦存條件
        5.1.3 開采技術(shù)因素
        5.1.4 通風(fēng)因素
    5.2 沿空留巷采空區(qū)漏風(fēng)模式
        5.2.1 漏風(fēng)通道模式
        5.2.2 漏風(fēng)動力來源
    5.3 瓦斯抽采誘導(dǎo)浮煤自燃作用機(jī)制
        5.3.1 瓦斯抽采與自燃因素關(guān)聯(lián)性分析
        5.3.2 立體瓦斯抽采誘導(dǎo)浮煤自燃耦合作用機(jī)制
    5.4 小結(jié)
6 結(jié)論及展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 存在問題及展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集

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本文編號：2879940