易自燃煤层综采面超大采空区CO运移规律及控制技术研究

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2、学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签日期：2==堡：!丑导师签名：1兰匆呈雏日期：—三塑圣j卜态厦堡工态堂亟±丛窒生堂僮诠塞易自燃煤层综采面超大采空区C0运移规律及控制技术研究摘要神东矿区大部分矿井开采煤层为容易自燃煤层，因此存在着很大的自然发火隐患，从2012年5月补连塔矿采空区自然发火事故中可见一斑，因此对煤自燃进行早期的预测预报十分重要。2000年以来神东矿区采煤工作面回风隅角出现持续超限，但是通过对采空区的监测发现并没有检测到标志性气体，同时采空区煤温也没有

3、显著升高，而回风隅角C0的超限对于煤自然发火的预测预报有着很大的干扰。因此对神东超大采空区C0运移规律进行研究同时提出回风隅角Co控制措施，对于保障矿井安全生产有着很重要的意义。本文首先对神东煤的低温氧化特性进行分析，并通过热重一差热(TG—DTA)分析实验，煤低温氧化和程序升温实验以及煤C0原始赋存实验对煤产生C0的机理和变化规律进行研究，其次通过现场实测和采空区C0气体运移的CFD模拟并结合神东矿区超大采空区的特点，对超大采空区C0的运移规律展开研究。最后结合实验研究以及超大采空区C0运移规律对神东矿区回风隅角C0的来源进行分析，提出回风隅

4、角CO超限控制技术措施。本文主要研究内容及结论如下：(1)认识到煤作为一种复杂的不确定的大分子物质，其活性官能团与氧的作用，是煤与氧气发生反应的主要起因和过程，通过工业性分析可知神东煤的煤种特性、微孔结构、比表面积以及活性官能团都为低温氧化提供态厘堡工态堂亟±盟蕉生堂僮迨塞了物质基础，并且加速了神东煤的低温氧化进程。(2)通过热重一差热(TG—DTA)分析实验可以得到煤在升温过程中各个阶段的特征温度以及相关参数的变化。通过煤的低温氧化实验和煤程序升温实验可以认识到煤在常温和升温过程中产生CO的变化规律，同时得到了神东煤在不同自燃阶段下的标志性气

5、体。(3)通过煤层中原生赋存C0实验，对神东煤层中原始煤样的C0含量进行测试，可以看出神东煤中原始赋存C0含量很少，基本可以忽略不计。结果可以为神东矿区回风隅角C0来源分析提供实验基础。(4)通过对神东矿区综采面超大采空区CO和O：的分布进行现场观测，得出采空区“三带“分布与C0的关系，在此基础上运用CFD软件对其运移规律进行模拟，并与现场观测数据进行对比，验证模拟结果的准确性。结合神东矿区超大采空区的特点，得到超大采空区C0的运移规律。(5)在实验以及CFD模拟的基础上对神东工作面回风隅角C0来源进行分析，提出回风隅角C0控制技术措施：1)针

6、对神东工作面超大采空区的特点，在开拓开采、采掘接续方面提出优化措施。2)在安全监测方面，利用煤程序升温氧化实验对神东煤自燃指标性气体的优选结果，对重点区域展开重点监测，把自燃危险抑制在萌芽状态。3)在通风系统方面，提出将神东矿区工作面“U”型通风方式转变为“U+L”型或者“Y”型通风。4)在通风管理方面，结合神东矿区的作业情况，提出具体措施控制浮煤氧化，从而减少综采面回风隅角C0超限频率。态厦堡王丕堂亟±婴窥生堂鱼途塞5)通过采取均压、采空区风阻调节、采空区注液态C0。以及工作面进回风侧联巷口注凝胶或三相泡沫等措施减少漏风以控制浮煤氧化，抑制采

7、空区CO向回风隅角涌出，最后针对采煤工作面割煤和车辆进出对回风隅角C0的影响，提出相应的措施。关键词：易自燃煤层，超大采空区，低温氧化，运移规律，数值模拟，治理措施态愿堡王盔堂亟土丛筮堡堂僮迨塞IV态厘堡工达堂亟±丛荭生堂僮途塞RESEARCHoNC0MIGRATIoNRULESANDCoNTRoLTECHNOLOGIESINTHEHUGEGOAFOFFULI—MECHANIZEDCOALFACEOFSPONlEANEOUSCOMBUSTIONCOALSEAMABSTRACTThemajori妙ofmineworl【ingseamofShend

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