棋盘井矿沿空留巷采空区自燃危险区域分布及防治研究

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沿空留巷开采技术的优点显著但适用条件苛刻,该技术的必要条件之一是采空区内没有遗煤不考虑自燃。但实际上矿井生产中存在开采地质条件复杂、煤层薄厚不均、留巷漏风等因素,因此沿空留巷时上区段以及当前工作面采空区都有遗煤且存在自燃的可能,这也就成为沿空留巷技术应用推广受阻的主要原因之一。为尝试分析解决上述沿空留巷采空区遗煤自燃问题,降低其对沿空留巷技术应用的防灭火方面的限制,论文针对棋盘井矿的开采条件,以11101工作面为研究对象,应用理论分析、经验统计和数值模拟的方法探究沿空留巷时漏风对采空区氧气体积分数场分布的影响,分析其自燃危险性,进而提出防灭火措施。通过封闭耗氧实验测定棋盘井矿煤样在不同氧气体积分数下的耗氧速度、窒熄带(临界)氧气体积分数;测定进风巷及工作面的漏风量,通过束管监测工作面后方采空区的气体体积分数,确定工作面后方采空区的氧气体积分数分布;根据现场实测数据,考虑上行通风和重力作用对采空区流场的影响、编写特定的UDF控制程序对采空区冒落介质分布进行设置、依据实验结果编写采空区遗煤连续的耗氧速度控制程序、设定采空区瓦斯涌出源、利用FLUENT软件对采用Y形布置的回采工作面的采空区流场进行仿真模拟;将所得结果与棋盘井矿现场实测氧气体积分数结果进行对比分析,确定沿空留巷不同漏风量时采空区内部氧气以及瓦斯流场分布的影响;提出回风巷侧注浆阻化遗煤氧化进程进而判断采空区自燃危险性的方法;分别模拟了工作面推进位置在400、600、800、1000、1200、1400、1600m时的采空区氧气流场分布,提出用自然氧化带的面积衡量沿空留巷采空区自燃危险程度的新思路;针对仿真结果提出注氮的采空区放灭火措施,并仿真模拟了注氮后的采空区自燃危险区域分布。结果表明:封闭耗氧实验测定的棋盘井矿窒熄带(临界)氧气体积分数为9%;工作面推进位置300m时,进风巷漏风强度越大窒熄带边界越往采空区深部移动,同时高浓度瓦斯的范围越小且越靠近回风巷;提出的注浆措施可以用现有方法判断采空区的自燃危险程度;工作面推进位置越大,模拟的自然氧化带(危险区域)面积越大,危险区域面积随推进距离呈SF=xn+b(0<n<1)函数分布;在进风巷1的入口处进行注氮气的效果显著,注氮量与危险区域面积呈指数函数分布,仿真结果表明提出的注氮措施能够使得采空区自燃危险区域大幅下降起到预防采空区火灾的目的。该论文有图37幅,表5个,参考文献51篇。
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