正旺煤业综放工作面采空区遗煤自燃防治研究

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随着近年来综采放顶煤技术在煤矿生产中的普及,使得工作面的采高增高、产量增大,但同时采空区遗留残煤数量也随之增多,岩层裂缝进一步扩大以及有毒有害气体的大量涌出,在回采过程中面临着大概率自燃发火的可能性。尤其近距离煤层的开采,与普通煤层开采相异,由于煤层间距小,上覆岩层受重复采动的影响,岩层破坏程度相对较高,裂隙较多,当地表与岩层裂缝相互贯通时,受矿井通风负压的影响,导致采空区漏风风流大量涌入,给综放工作面的安全回采以及采空区防灭火工作造成巨大的困难。正旺煤业11103工作面近距离上方存在面积较大的老空区,隐蔽性老空区遗煤在漏风风流作用下加快氧化发生自燃现象,导致回采工作面上隅角以及运联巷CO含量超限,严重影响综放工作面的安全回采。在分析该采空区遗煤自燃机理以及工作面实际存在问题的基础上,现通过理论分析、数值模拟以及束管监测系统对采空区自燃发火规律进行研究,综合考虑采空区漏风以及工作面上隅角CO含量等指标,提出了均压防灭火+惰气防灭火技术+均压与惰气耦合研究综合防灭火技术方案。论文主要研究内容如下:(1)基于正旺煤业11103工作面岩石力学特性建立模型,利用FLAC3D模拟软件对近距离相邻采空区岩层破坏特征以及应力分布情况进行分析。首先对上覆9#煤层开采后的煤柱顶底板破坏情况进行分析,确定岩层破坏程度与范围。进而对下层10+11#煤层持续开采下的覆岩破坏特征规律进行分析,确定采空区“竖三带”的分布范围以及相关模拟参数,为后续研究提供依据。(2)利用Fluent软件模拟综放工作面实施均压通风技术前、后相邻采空区流场分布与各气体浓度变化情况,验证了数值模型的可靠性,分析了采空区漏风压差与漏风量的关系。进而对均压通风下工作面不同供风量下采空区流场分布以及三带变化进行分析,确定均压通风下综放工作面的最佳通风量以及日推进距离。分析表明:均压模拟有效治理了工作面上隅角CO超限问题,采空区漏风量以及漏风强度显著减小,采空区漏风压差在15Pa左右。工作面供风量为700m3/min时,采空区自燃区域分布最小,但采空区的遗煤自燃问题仍存在很大的威胁,采空区需进行进一步的防灭火措施。(3)采空区实施惰气防灭火技术时,为使防治效果达到最佳,运用Fluent软件模拟工作面采场(含采空区)在不同注气位置以及不同注气量下的防治效果,给出定量结果,进而对均压防灭火以及惰气防灭火进行耦合研究,为工作面采空区遗煤自燃防治提供依据。分析可得:在N2中掺入百分比液态CO2可以更好的提高采空区防灭火效果,当N2与CO2注气比为3:1时,采空区危险区域分布范围最小,进而对采空区不同注气位置以及注气量下的采空区防灭火效果进行对比,确定采空区最佳注气参数。当均压防灭火与惰气防灭火耦合治理时,可使采空区注气量减少至7.5m3/h,使防灭火成本大大降低。(4)11103综放工作面均压参数研究。对工作面最小需风量以及均压风机最低风压进行计算效验,确定均压风机的调控范围与型号。进而通过工作面测风法对风窗面积进行优化调整,确保均压系统的稳定性。在现场束管监测系统的实时监控下,对工作面采用均压通风以及采空区注入耦合惰性气体后的各类指标性气体进行实时监测分析。结果表明:均压通风有效的治理了工作面上隅角CO超限问题,惰性气体注入后,采空区与工作面气体浓度监测结果均符合安全生产标准,确保了工作面的安全回采。
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