近距离煤层群开采工作面CO来源及聚集规律研究

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煤层群开采期间工作面CO产生来源较多,在大多数情况下是因为采空区浮煤自燃产生,在神东矿区工作面正常生产期间工作面经常会出现高浓度的CO,给预报采空区浮煤自燃的指标气体确定带来了难度,严重影响了矿井的安全生产。为认识浅埋近距离煤层群开采工作面CO来源及聚集规律,本文以补连塔矿作为典型矿井进行研究,首先利用红外光谱实验,分析得出该矿2-2层煤煤分子表面活性基团并分析了热解过程中这些活性基团的变化。其次采用TG/DSC-FTIR-MS联用实验,通过对煤样热解产生气体的红外光谱分析,知煤样热解的气体产物中有CO,且各温度段CO气体的含量不同、生成速率也不同;通过对煤样热解过程的热分析,得出所选煤样DSC曲线(差示扫描量热法)及TG曲线(失重曲线)并对曲线进行研究分析,得出了煤样的临界温度点等几个特征温度点;通过对热解过程的质谱分析,得知热解过程中产生CO等气体及其产生的大致规律。再次通过煤样自然发火实验、煤样自燃程序升温实验,研究了2-2煤层煤样在实验条件下的氧化特征温度、各个温度阶段产生气体的情况、不同粒度煤样生成CO的速率关系。再次,结合理论分析和现场观测,得出煤层群采空区压力、空隙率及渗透率的分布规律,建立了工作面采空区渗流场的物理和数学模型并对模型及其边界条件进行相应的合理简化。利用ANSYS软件对工作面采空区流场进行数值模拟,得出采空区内部渗流速度及CO浓度的分布规律,进而得出了采空区CO运移规律。最后,结合试验分析与现场观测结果,分析了近距离煤层群开采工作面CO的主要来源为采空区遗煤自燃生成的CO。本文阐明了CO气体的来源及聚集规律,为补连塔矿CO的治理工作奠定了基础,保障矿井的安全的生产。
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