本文關(guān)鍵詞：綜采放頂煤工作面采空區(qū)注氮防滅火技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 采空區(qū) 自燃“三帶” UDF函數(shù) 注氮位置 注氮流量

【摘要】：綜采放頂煤技術(shù),具有工作面風(fēng)量大,采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重,遺煤多的特點(diǎn)。采空區(qū)發(fā)生煤炭自燃不僅短時(shí)間內(nèi)釋放大量有毒氣體,危害工人安全,還會(huì)引燃周圍瓦斯,造成嚴(yán)重后果。采空區(qū)注氮作為煤層自燃防治工作手段之一,可以改變采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度分布,縮小氧化帶范圍。合理的注氮位置以及注氮流量對(duì)于注氮效果具有重要的影響。王家?guī)X礦8#煤層屬于高瓦斯自燃煤層,18101工作面作為首采工作面,缺乏經(jīng)驗(yàn)以及具體參數(shù)指導(dǎo),為此本文通過現(xiàn)場實(shí)測,數(shù)值模擬結(jié)合定量定性分析研究得出該礦合理的注氮參數(shù),為今后礦井采空區(qū)進(jìn)行注氮防火工作提供了重要參數(shù)依據(jù),研究內(nèi)容如下:(1)通過18101綜放面采空區(qū)束管監(jiān)測系統(tǒng),設(shè)置不同監(jiān)測點(diǎn),依據(jù)氧氣濃度作為指標(biāo)得出未注氮前采空區(qū)自燃“三帶”分布范圍:未注氮前進(jìn)風(fēng)側(cè)散熱帶范圍是0~61.5m,氧化帶為61.5~176.4m,窒息帶為176.4m以后;工作面中部靠近進(jìn)風(fēng)側(cè)散熱帶范圍是0~46.6m,氧化帶為46.6~174.2m,窒息帶為174.2m以后;工作面中部靠近回風(fēng)側(cè)散熱帶范圍是0~32.2m,氧化帶為32.2~153.4m,窒息帶為153.4m;回風(fēng)側(cè)散熱帶范圍是0~15.2m,氧化帶為15.2~70.6m,窒息帶為70.6m以后。(2)利用ICEMCFD軟件建立18101綜放面三維模型,通過用戶自定義函數(shù)編制孔隙率,粘性阻力系數(shù),遺煤耗氧速率等關(guān)鍵參數(shù),對(duì)具有埋管抽放和注氮管路的復(fù)雜采空區(qū)流場進(jìn)行三維流場數(shù)值模擬研究,得出了未注氮前以氧氣濃度為指標(biāo)劃分的采空區(qū)自燃“三帶”分布范圍,并與束管測定結(jié)果對(duì)比,得出數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)測基本一致,誤差滿足精度要求,驗(yàn)證了模型的適用性。(3)在注氮流量為500m3/h時(shí),靠近進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)選取距離工作面x=25m,x=50m,x=75m,x=100m,x=125m五個(gè)位置進(jìn)行研究,得出x=25m和x=50m時(shí),由于注氮位置靠近進(jìn)風(fēng)巷,氮?dú)饽芎芎玫碾S漏風(fēng)流運(yùn)動(dòng),縮短進(jìn)風(fēng)側(cè)氧化帶寬度效果最明顯。通過將不同位置的最大氧化帶寬度與未注氮前相比,最大氧化帶寬度依次降低了32.63m,41.21m,27.64m,20.66m,16.22m,當(dāng)x=50m時(shí),最大氧化帶寬度縮小幅度最大,達(dá)到31.71%。因此選擇注氮口位置應(yīng)深入采空區(qū)50m,處于氧化帶前一段距離,可以有效帶動(dòng)氮?dú)獾臄U(kuò)散,縮小氧化帶寬度。(4)選定x=50m作為注氮口位置,選擇注氮流量為500m3/h,1000m3/h,1500m3/h,2000m3/h,2500m3/h,3000m3/h六組參數(shù)進(jìn)行模擬,通過分析得到隨著注氮流量的增加,最大氧化帶降低寬度幅度為31.71%,42.56%,55.65%,63.57%,,66.31%,68.13%,呈現(xiàn)逐漸增大趨勢,當(dāng)注氮量為2000m3/h后,再增加注氮量,最大氧化帶寬度縮減幅度逐漸降低,當(dāng)注氮流量為3000m3/h時(shí),出現(xiàn)上隅角氧氣濃度低于18%的趨勢,因此選定合理注氮流量為2000m3/h。(5)合理注氮參數(shù)為距離采空區(qū)距離工作面50m進(jìn)行注氮,注氮流量為2000m3/h,分析采空區(qū)氮?dú)鉂舛群脱鯕鉂舛纫?guī)律。氮?dú)夥植汲尸F(xiàn)為三個(gè)濃度區(qū)域,以注氮口為中心,附近一段區(qū)域會(huì)形成高濃度氮?dú)庠茍F(tuán),氮?dú)鉂舛缺３衷?0%以上,注氮口兩端氮?dú)鉂舛葎t不斷遞減,呈現(xiàn)中間大兩頭小的分布特征�？拷ぷ髅婕斑M(jìn)風(fēng)巷道濃度基本保持在70%以上,接近空氣中的氮?dú)鉂舛?同時(shí)越靠近工作面,濃度越低。在距離采空區(qū)78m以后位置,氧氣濃度明顯下降到7%以下,進(jìn)入到窒息帶,此時(shí)最大氧化帶寬度縮減了84.66m,注氮效果起到明顯作用。(6)基于以上研究針對(duì)18101工作面的注氮流量,注氮位置以及注氮管路進(jìn)行設(shè)計(jì),注氮口位置為采空區(qū)距工作面50m處,注氮流量為2000m3/h,注氮管路采用Φ159×6無縫鋼管鋪設(shè),長度約為4200m。
【關(guān)鍵詞】：采空區(qū) 自燃“三帶” UDF函數(shù) 注氮位置 注氮流量
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD752.2
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-24
• 1.1 選題的背景及意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 煤自燃機(jī)理研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 采空區(qū)氧氣濃度分布研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.3 采空區(qū)注氮防滅火技術(shù)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 礦井概況18-22
• 1.3.1 位置與交通18
• 1.3.2 礦井開拓開采18-19
• 1.3.3 煤層地質(zhì)19-21
• 1.3.4 煤質(zhì)特征21-22
• 1.4 論文研究內(nèi)容與方法22-24
• 第二章 采空區(qū)煤炭自然特性及自燃“三帶”理論24-32
• 2.1 采空區(qū)煤炭自燃特性理論24-28
• 2.1.1 煤炭自燃機(jī)理及條件24-25
• 2.1.2 影響煤炭自燃的因素25-28
• 2.2 采空區(qū)自燃“三帶”理論28-32
• 2.2.1 采空區(qū)自燃“三帶”分析28-29
• 2.2.2 采空區(qū)自燃“三帶”劃分指標(biāo)29-32
• 第三章 采空區(qū)氣體運(yùn)移數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)32-38
• 3.1 采空區(qū)多孔介質(zhì)特性及其滲流特性32-34
• 3.1.1 采空區(qū)多孔介質(zhì)特性32
• 3.1.2 采空區(qū)滲流特性32-34
• 3.2 采空區(qū)多孔介質(zhì)滲流參數(shù)的確定34-35
• 3.3 采空區(qū)氣體運(yùn)移數(shù)值模擬的基本假設(shè)35-36
• 3.4 采空區(qū)氣體流動(dòng)基本方程36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 王家?guī)X礦18101綜放面采空區(qū)自燃“三帶”劃分38-54
• 4.1 18101工作面概況38-43
• 4.1.1 工作面位置及大小38
• 4.1.2 煤層特質(zhì)及頂?shù)装迩闆r38-39
• 4.1.3 回采巷道布置39
• 4.1.4 工作面采煤方法及回采工藝39-40
• 4.1.5 工作面通風(fēng)系統(tǒng)40-43
• 4.2 18101綜放工作面采空區(qū)自燃“三帶”實(shí)測43-46
• 4.3 18101綜放面采空區(qū)束管監(jiān)測結(jié)果及分析46-51
• 4.4 本章小結(jié)51-54
• 第五章 采空區(qū)注氮工藝參數(shù)對(duì)自燃“三帶”影響的數(shù)值模擬54-74
• 5.1FLUENT數(shù)值模擬18101綜放面采空區(qū)54-56
• 5.1.1 建立幾何模型及網(wǎng)格劃分54-56
• 5.1.2 邊界條件及參數(shù)設(shè)置56
• 5.2 未注氮采空區(qū)自燃“三帶”數(shù)值模擬56-58
• 5.3 注氮口位置對(duì)采空區(qū)自燃“三帶”的影響58-63
• 5.4 不同注氮量對(duì)采空區(qū)自燃“三帶”的影響63-67
• 5.5 合理注氮參數(shù)及連續(xù)注氮條件下采空區(qū)N_2濃度及O_2濃度變化分析67-71
• 5.5.1 合理注氮參數(shù)及連續(xù)注氮條件下采空區(qū)N_2濃度分析67-69
• 5.5.2 合理注氮參數(shù)及連續(xù)注氮條件下采空區(qū)O_2濃度分析69-71
• 5.6 注氮效果對(duì)比71-72
• 5.7 本章小結(jié)72-74
• 第六章 王家?guī)X礦注氮防滅火技術(shù)設(shè)計(jì)74-80
• 6.1 采空區(qū)注氮防滅火原理及惰化指標(biāo)74-75
• 6.1.1 氮?dú)夥罍缁鹪?/span>74-75
• 6.1.2 注氮防滅火惰化指標(biāo)75
• 6.2 18101綜放工作面注氮系統(tǒng)設(shè)計(jì)75-79
• 6.3 本章小結(jié)79-80
• 第七章 結(jié)論與展望80-82
• 7.1 結(jié)論80-81
• 7.2 展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 致謝86-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文88

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本文編號(hào)：933052