采空区瓦斯流场区域划分研究

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瓦斯事故的突发性、不确定性严重影响了煤矿的安全生产,经过调研得知,采空区是唯一能够存储大量游离态瓦斯的区域,是瓦斯灾害隐患的重要区域之一,因此掌握采空区瓦斯区域分布规律,对于有效的防控瓦斯灾害和瓦斯高效利用有重要的理论和现实意义。本文依托河北省科技支撑项目“煤矿采空区瓦斯爆炸地点的预测预报研究”、汾西矿务局重大技术攻关项目“煤炭自燃发火标志性气体实验研究”和“工作面瓦斯煤炭自燃综合治理技术开发”,运用瓦斯爆炸理论、矿压理论、矿井通风理论、瓦斯渗流扩散理论及相似原理,对采空区瓦斯流场及其分布规律进行研究。在实验室采用自制的采空区流场试验台,以烟气作为示踪气体模拟采空区瓦斯流场的运移规律和浓度梯度分布规律;采用自制的瓦斯渗流扩散试验台,模拟瓦斯在采空区内渗流的速度;根据上述试验研究以及现实生产过程中采空区顶板垮落压实情况,将采空区瓦斯流场分为:“强流区”、“渗流区”和“非渗流区”三区。在生产过程中开采造成的岩层移动情况,即上覆岩层的跨落和地面的塌陷对采空区瓦斯流场的扰动和挤压,将会造成采空区的瓦斯流动,有可能产生爆炸。根据煤炭自燃引爆瓦斯的观点和“U”型发火区理论,可以确定采空区“瓦斯易爆区”主要存在于采空区瓦斯“渗流区”的上下两巷的冒落带内。在上述实验研究和理论分析的基础上,对汾西润泰井矿正明煤业有限公司0401工作面采空区瓦斯进行了现场实测。采用采空区布管和气相色谱仪检测各管路中抽出气体的成分以及所占比例的方法,根据检测到的CH4的浓度对采空区进行三区划分;根据检测到的烃类气体成分对采空区瓦斯易爆区域的位置进行确定,并对实验建立的瓦斯流场模型进行修正,印证了采空区瓦斯区域划分研究的科学性、合理性,从而为煤矿生产中采空区瓦斯灾害的防控工作和高效抽采提供了理论参考。
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