矿井灾变气体的渗流及有害气体涌出规律研究

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1、矿井灾变气体的渗流及有害气体涌出规律研究［摘要］综放面周边相邻大面积采空区，其有害气体的控制技术包括采空区的封闭、堵漏及其调整通风系统等，使大面积采空区内的有害气体受控运移，避免矿井生产区域(尤其是在发生自然灾害时)受到有害气体的侵袭，了解矿井灾变气体的渗流及有害气体涌出规律，对防治有害气体至关重要。［关键词］渗流自燃防治有害气体中图分类号：TV139.11文献标识码：A文章编号：1009-914X(2014)40-0137-01一、采空区灾变气体的渗流规律采空区出现了煤炭自燃等现象，产生了大量的灾变性气体。目前，对漏风中单

2、个气体组分在煤体中的运移规律的研究较少，主要集中CO,CH4等的运移特征的研究上，而C0,CH4等气体在煤体中的运移与气体在煤体中的运移过程有显著的区别。空气在煤体内部输运过程中不断与煤体发生复杂的物理化学反应，渐渐的被消耗；而CO,CH4等气体则不然。这些差别造成了二者在运移规律上的本质区别。主要体现在如下二个方面：(1)温度场直接影响着气体的运移、产生和聚集温度升高时，加速了气体和煤发生物理化学反应的作用过程，化学组分发生变化，化学场也相应发生了改变；由于气体在不同温度下膨胀系数不一样，加大了流体的运移速率，渗流场也会发

3、生相应变化。西安科技大学徐精彩教授根据煤氧复合学说在对煤层自燃过程研究中发现，煤温梯度变化对气体的渗流会产生重大影响，在对流传热过程存在不等温渗流。关于不等温渗流，最近的研究已能对简单几何情形,利用边界层分析法和相似原理做出定量的数值计算，但不等温渗流影响因素很多、极其复杂,为了简化问题往往忽略温度对多孔介质中传质的一些参数的影响O（2）化学场变化影响着多孔介质气体渗流化学场变化对多孔介质气体渗流主要表现在气体化学组分的变化、化学反应和物理反应上，这些反应可能加大煤岩的孔隙和裂隙，同时也可能引起温度场和渗流场的变化。化学场的

4、变化主要表现在煤与氧气发生化学反应和物理吸附上，其中对吸附研究较多的是西南石油学院欧成华等人，他们用XF-1型高温高压气体吸脱附测试仪，结合色谱分析仪和一个真空系统分别测定各种气体以及混合气体的吸附性能，认为多组分气体吸附平衡前后气体组分有了显著变化，各组分间存在着明显的竞争吸附，组分相对吸附量指标能有效的表征多组分气体中各组分气体竞争吸附能力大小。二、沿空掘巷有害气体涌出规律及超限防治技术研究通过综放面在掘进过程中，采取的有害气体的监测数据，研究综放面有害气体涌出规律，并采取相应的超限防治技术措施。(1)合理配风：通风是防

5、止有害气体集聚的基本手段,用风量稀释有害气体是防治瓦斯最常用的主要方法。为防止有害气体分层和集聚，巷道最低风速不应低于0.25m/so(2)封堵漏风：封堵漏风通道，增加漏风风阻，是防止和减少采空区有害气体外泄的途径之一。①喷射水泥砂浆封堵技术：要求封堵掘进巷道沿空一侧壁面及巷顶沿空的一半，喷层厚度为30〜100mm,要求喷射均匀、平整，将漏风通路堵严，不留空洞。②喷涂聚氨酯堵漏技术。③凝胶或高分子材料堵漏技术。(3)加强监测：采用矿井安全监测系统、瓦斯报警断电仪、便携式瓦斯检测仪等手段加强掘进巷道的有害气体检测、报警与调控，

6、预防有害气体超限。(4)局部通风机的安全运转：对沿空掘进巷道的关键设备一一局部通风机，采用三专、双风机、双电源技术，风、电、瓦斯闭锁技术，实时监控和地面遥讯技术，确保局部通风机的安全运转。(5)有害气体超限处理：当采空区发生有害气体涌出异常现象甚至超限时，根据相邻的采空区状态、采掘活动和通风系统，首先应通过有害气体监测、检查信息或必要的测定，掌握有害气体异常或超限的时间、地点、范围、浓度、有害气体涌出量等详细状况，查明有害气体异常涌出的有害气体源和诱发原因，然后按下列措施行动：①如有可能，应首先去除诱发有害气体超限的原因：一

7、是沿空巷内部的原因，如恢复局部通风机正常运转，接好风筒等；二是沿空巷外部原因，如恢复原来风流方向，恢复风门原状等。②当不能采用①中措施或效果不理想时，应针对有害气体异常涌出的有害气体源的特点和状况，采取下列相应措施：a）调压技术：当有害气体源为大范围采空区有害气体漏入时，可选用适当的调压方法，减少采空区携带有害气体的漏风源汇间的压差，甚至变源为汇，已减少或杜绝采空区有害气体泄入沿空巷。b）分流技术：当有害气体源为采空区有害气体,调压有困难时，可在适当位置开放与漏风沿空巷的漏风平行的漏风汇，是采空区部分有害气体改变流向。c）填

8、充技术:当有害气体源体积不大，有条件时可采用砂浆、泥、煤等材料将空洞充填。用煤处理时应作阻化处理。d）通风排除：如果有害气体浓度不高、涌出量不大，可考虑适当加大风量、稀释有害气体；对沿空巷内的有害气体层、局部集聚现象，可采用导风筒、喷射器、康达风筒等导风冲散。总之，加强掘进工作面沿空侧煤柱