太平煤矿急倾斜煤层自然倾向性与火区治理技术研究

论文摘要

本文在对煤的自燃机理、煤自然发火危险性判定、预测预报、火源区域探测方法、防灭火技术等方面研究现状分析的基础上,针对目前攀煤太平煤矿急倾斜煤层自燃与火区治理技术中存在的主要问题,开展了煤炭自燃及影响因素分析、攀煤太平矿煤层煤样自燃倾向性实验研究、复合胶体防灭火机理分析与复合胶体灭火材料制备、注胶防灭火方法与应用等方面的研究。论文研究得到的研究结论和取得的成果主要表现以下几个方面:1)不同的煤岩组分在不同的温度阶段体现不同的氧化特性,煤的这种复杂性与不均一性,导致了不同的煤在不同的阶段体现出不同的氧化过程。2)攀枝花太平矿21-2#煤层（平均粒度为3.61mm）在起始温度为20℃时,实验最短自然发火期为65天;当煤温达到临界温度（60～75℃）时,离出现明火大约有16天左右。3)攀枝花太平矿21-2#煤层在60℃左右,浮煤厚度小于0.7m时,浮煤不会自燃;同时,浮煤厚度增加,下限氧浓度值迅速降低。在60℃左右,只要漏风强度高于此温度的上限漏风强度,浮煤也不会自燃;在60℃左右,只要浮煤厚度小于此温度的极限浮煤厚度,浮煤也不会自燃。4)研究表明,由于复合胶体能阻碍煤体物理吸附、化学吸附和化学反应的发生和发展,加快高温煤体的散热和吸收大量热量,使煤温很快降低和煤氧复合放热速度减慢,并通过吸热降温,降低煤的氧化活性,实现快速灭火。5)针对攀煤（集团）公司矸石电厂发电后产生的大量废弃的粉煤灰,研制出了适合于攀煤太平煤矿急倾斜煤层工作面上部采空区火区治理的复合胶体防灭火材料复合胶体;且不会产生有害物质污染井下环境,具有一定的堆积性,灭火成本低。6)根据太平矿火区实际情况,提出了粉煤灰复合胶体防灭火技术,建立了井下移动式注胶防灭火系统,制定了可操作强的注胶防灭火实施工艺。本研究利用复合胶体治理火区解决了正压通风条件下对火区无法观测及火区与地面连通难以治理的问题。火区治理效果表明,工作面开采有了安全保障,火区治理效果的经济效益与社会效益显著。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 问题的提出
• 1.3 煤的自燃机理研究的现状
• 1.3.1 煤炭自燃必须具备的四个条件（四要素）
• 1.3.2 影响煤炭自燃倾向性的因素
• 1.4 煤自然发火危险性判定研究现状
• 1.5 自燃发火预测预报研究现状
• 1.5.1 预测预报指标
• 1.5.2 预测预报手段
• 1.6 矿井煤炭自燃火源区域探测方法研究现状
• 1.7 矿井防灭火技术研究现状
• 1.7.1 惰化防灭火技术
• 1.7.2 阻燃物质防灭火技术
• 1.7.3 堵漏风防火技术
• 1.7.4 综合防灭火技术
• 1.7.5 灾变时期风流稳定性和控制模拟
• 1.8 外源火灾检测及防治
• 1.9 矿井防灭火决策系统
• 1.10 本文研究的主要内容
• 1.10.1 研究的主要内容
• 1.10.2 研究的技术路线
• 2 煤炭自燃及影响因素分析
• 2.1 煤自燃的定义
• 2.2 煤炭自燃的原因及机理
• 2.2.1 煤炭自燃的机理
• 2.2.2 煤的自燃倾向性研究
• 2.3 煤炭自燃的影响因素
• 2.3.1 煤炭自燃的内部影响因素
• 2.3.2 煤炭自燃的外部影响因素
• 2.3.3 煤炭自然倾向性等级划分
• 2.4 煤炭自燃的一般规律及自然发火期
• 2.4.1 煤炭自燃条件
• 2.4.2 煤炭自燃过程
• 2.4.3 煤炭自然发火期
• 2.5 本章小结
• 3 攀煤太平矿煤层煤样自燃倾向性实验研究
• 3.1 煤样采集与处理
• 3.2 煤样特性参数与实验条件参数
• 3.3 实验台结构及原理
• 3.3.1 实验台结构
• 3.3.2 实验原理
• 3.4 实验结果分析
• 3.4.1 煤温与时间的关系
• 3.4.2 升温速度
• 3.4.3 氧化放热强度
• 3.4.4 耗氧速度分析
• 2产生率与放热强度验证'>3.4.5 CO、CO₂产生率与放热强度验证
• 3.4.6 煤自燃的极限参数
• 3.4.7 临界温度和干裂温度
• 3.4.8 煤层实验最短自然发火期
• 3.5 本章小结
• 4 复合胶体防灭火原因分析
• 4.1 胶体灭火的宏观分析
• 4.2 胶体灭火的微观分析
• 4.3 本章小结
• 5 复合胶体灭火材料制备
• 5.1 胶体灭火材料选择
• 5.2 胶体材料配方
• 5.3 本章小结
• 6 注胶防灭火方法与应用
• 6.1 治理目标
• 6.2 火区治理方案
• 6.3 注胶防灭火实施工艺
• 6.3.1 注胶设备
• 6.3.2 胶体防灭火系统功能
• 6.3.3 注胶工艺
• 6.4 注胶范围及注胶量
• 6.4.1 注胶范围
• 6.4.2 注胶量及材料用量
• 6.5 注胶钻孔
• 6.6 火区治理过程
• 6.7 注胶防灭火安全技术措施
• 6.8 火区治理效果分析及评价
• 6.8.1 2621-24风道内胶体充填情况
• 6.8.2 12号上山及采空区胶体充填情况
• 6.8.3 火区发展状况及原因分析
• 6.8.4 主要治理效果
• 6.8.5 火区治理效果评价
• 6.8.6 经济效益和社会效益分析
• 6.9 本章小结
• 7 结论与结语
• 7.1 研究结论
• 7.2 结语
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目及得奖情况