电厂烟气注入采空区防灭火的时空演化规律研究

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近年来,由于全球气候的变化,碳排放引起越来越多国家的重视,我国也提出了碳达峰、碳中和的目标。燃煤电厂的排放是我国主要的产生CO2温室气体的部分,电厂烟气中含有的CO2浓度比较高,又由于烟气中氧气的含量比较低,可以认为烟气为惰性气体。开展矿井利用其坑口电厂产生的烟气注入井下采空区防灭火的研究,不仅可以达到矿井采空区防灭火的要求,而且可以使电厂产生的烟气实现减排,并降低矿井制备其他惰性气体的成本。因此,本文结合国网能源哈密电厂及大南湖一矿1305综放工作面实际开展电厂烟气注入采空区防灭火的时空演化规律研究。本文结合大南湖一矿1305工作面及坑口哈密电厂的实际情况,分析了烟气注入井下1305工作面采空区的可行性,并确定了其注入量为4000m~3/h,注入方式采用埋管注气的方式;通过实验测定了1305工作面煤样在常温常压下对烟气中各组分的吸附量,对比发现烟气中CO2成分为主要影响因素,且对CO2开展单组份吸附实验,结果表明其饱和吸附量为1.018ml/g,并确定了其吸附曲线公式;基于流体动力学构建了采空区三维模型,并利用UDF进行编程以实现模型对烟气的吸附过程;模拟分析了在吸附影响下电厂烟气注入采空区的流场、氧浓度场和温度场的变化规律,结果显示:(1)在不同注入时间下,采空区的漏风流场、压力场等受采空区遗煤吸附影响发生了变化,工作面向采空区的漏风增大;按氧浓度划分的窒息带边界由于遗煤对注入的烟气产生吸附作用会远离工作面,增加采空区遗煤区域的自燃风险;注入烟气初期,采空区最高温度较高,注入烟气后期,烟气能更好地降低自燃危险区域遗煤的氧化升温效果。(2)通过对不同位置注入电厂烟气受采空区遗煤吸附作用下的氧浓度场、温度场的研究,得出注气位置也同样影响着采空区遗煤吸附烟气的区域。通过注气位置和吸附作用时间的耦合作用,确定了注气位置在距工作面90~110m的距离用于采空区烟气防灭火效果更好。
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