【摘 要】
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部分极近距离煤层下煤层回采时巷道采用内错布置,上煤层留有的保护煤柱位于下煤层采空区上方,下煤层工作面回采推进过程中,由于顶部岩层、煤柱垮落、塌陷等综合因素影响,形成特殊的复合采空区。相较于单一采空区,该类复合采空区具有漏风强度大、遗煤量多、岩体破碎程度高、空间上存在双层遗煤等特点,致使采空区内煤自燃危险区域分布情况更为复杂,更易发生煤自燃灾害。本文以东曲矿19303工作面为研究背景,应用UDEC模
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目资助（52174219）； 防治煤自燃的感温控制释放型微胶囊阻化剂研究,国家自然科学基金面上项目（51774275）； 高硫易自燃矸石山堆积体自燃机理与阻燃机制,国家自然科学基金山西联合基金培育项目（U1810106）；
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部分极近距离煤层下煤层回采时巷道采用内错布置,上煤层留有的保护煤柱位于下煤层采空区上方,下煤层工作面回采推进过程中,由于顶部岩层、煤柱垮落、塌陷等综合因素影响,形成特殊的复合采空区。相较于单一采空区,该类复合采空区具有漏风强度大、遗煤量多、岩体破碎程度高、空间上存在双层遗煤等特点,致使采空区内煤自燃危险区域分布情况更为复杂,更易发生煤自燃灾害。本文以东曲矿19303工作面为研究背景,应用UDEC模拟软件研究了极近距离煤层开采过程中覆岩移动规律,得到了采空区倾向和走向上主要岩层下沉量分布,构建了复合采空区空间分布模型;在此基础上运用FLUENT模拟软件对该采空区氧浓度场分布进行模拟研究,结合遗煤分布划分出煤自燃危险区域;以此研究不同注氮位置及注氮量对复合采空区煤自燃危险区域的影响,得到合理的注氮参数;最后对复合采空区煤自燃现场治理技术进行总结,分析其实际应用效果。主要成果如下:（1）通过经验公式求得19303复合采空区的裂隙带高度为42.1±8.9m,冒落带和裂隙带总高度为57.0±11.4m。应用UDEC模拟软件对该复合采空区覆岩移动规律进行研究,得到了复合采空区空间分布特征;根据采空区倾向和走向上主要岩层下沉量分布,利用函数拟合等构建了复合采空区三维孔隙率分布模型。（2）基于复合采空区空间分布特征,结合计算流体力学理论建立了复合采空区数值模拟模型,通过计算得到不同平面氧气浓度分布,以氧浓度为标准划分出采空区自燃三带。9#煤层采空区底板进风侧氧化带最大宽度为42m,保护煤柱氧化带最大宽度为37m。结合复合采空区遗煤分布特征得到煤自燃危险区域:9#煤层采空区底板氧化带区域、保护煤柱靠近工作面20m至65m以及8#煤层18305采空区底板靠近进风巷一侧,其中保护煤柱区域自然发火危险性更大。（3）以注氮作为减少复合采空区煤自燃危险区域的主要措施,将注氮口布置在进风侧不同位置,模拟不同注氮位置及注氮量对复合采空区煤自燃危险区域的影响。研究表明:注氮能有效地降低该复合采空区煤自燃危险区域面积;19303工作面优化后的注氮位置为进风侧距工作面60m处,优化注氮量为800m~3/h。（4）结合19303工作面极近距离煤层复合采空区煤自燃火灾的成功治理案例,总结该类复合采空区自燃火区演化特征,提出了以灌注二相泡沫为主的关键治理技术,并对灌注二相泡沫的防灭火施工工艺进行改进,分析了综合防灭火技术实际应用中的效果。本文涉及图46幅,表17个,参考文献90篇。
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