论文部分内容阅读
鹤岗矿区煤田地质条件复杂,煤层厚、倾角大、易自燃煤层多、浅埋复采等因素导致自燃火灾问题突出,且治理难度较大。为此,针对鹤岗矿区复杂条件煤层开采面临的自然发火隐患,采用理论分析、实验研究、数值模拟、现场实测等手段,进行煤自燃特性及综合防治技术研究,主要研究成果如下: 采用热分析技术和活化能理论相结合的方法,判定鹤岗矿区各煤层自燃倾向性,结果表明:主采煤层着火活化能在73.92~109.79kJ/mol之间,均具有自燃倾向,其中Ⅰ类容易自燃煤层占80%以上。建立煤自然发火气体产物模拟实验装置,完成了各指标气体的分析优选,确定以CO、C2H4、C2H4/C2H6作为鹤岗矿区煤层自燃预测预报指标。 基于流体动力学、传质传热学理论和煤氧复合理论,结合鹤岗矿区实际条件,建立了复杂条件煤层开采自燃数学模型,给出了煤自燃耗氧放热强度、煤层倾角影响下煤岩孔隙率分布以及遗煤厚度等关键参数的确定方法。 针对鹤岗矿区近距离煤层、浅埋复采煤层、大倾角厚煤层等复杂开采条件进行自燃危险区域划分,分析其自然发火规律。大倾角厚煤层开采条件下,采空区自燃危险区域分布呈“L”形,在进风侧宽度最大且更深入采空区内部,遗煤最高温度69℃出现在采空区中部;近距离煤层开采条件下,上部采空区自燃危险区域集中在进风巷道及停采线附近,最高温度50℃,而下部采空区受上部遗煤垮落影响,最高温度达60℃,自燃风险更大;浅埋复采煤层开采条件下,残采煤体以及采空区遗煤整体处在高氧浓度漏风环境中,没有明显的窒息带存在,存在大面积的高温隐患,残采煤体及采空区最高温度分别达到64℃和57℃。 建立了复杂条件煤层采空区注浆、注氮、喷洒阻化剂防灭火系统。数值模拟分析采空区注浆扩散规律,以浆液对氧化带覆盖率及是否出现跑浆等为指标,给出了煤层不同倾角条件下的注浆合理位置,并确定兴安煤矿54171工作面合理注浆位置为距工作面38~48m;研究了不同注氮位置及注氮量对采空区自燃“三带”分布的影响,确定富力煤矿62184工作面合理注氮位置为距离工作面30~50m,注氮流量540~720m3/min;分析了阻化剂配位阻化作用机理,以阻化剂作用下煤样着火活化能的变化为指标,确定浓度15%MgCl2溶液为新岭煤矿22#煤层最优阻化剂配比。采用巷道充填封堵、工作面煤体打钻注水注浆、旧区旧巷探测注浆、地面裂隙回填封堵等技术相结合,实现了复杂条件煤层多区域自燃火灾的综合防治。