深部煤层顺层瓦斯抽采诱发煤体自燃规律及预防技术研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ligc66
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为解决深部煤层瓦斯含量高、压力大、渗透性系数低等难题,需要采取增大抽采负压、加密钻孔和加长抽采时间等提高瓦斯抽采效率的措施,这些措施易引起抽采过程中钻孔漏气,造成钻孔周围裂隙煤体自燃。针对此问题,本论文采用多孔介质渗流与热传递理论方法,模拟计算了瓦斯抽采钻孔周围裂隙煤体渗流场和温度场变化规律,研究了瓦斯抽采诱发裂隙煤体自燃预防技术。(1)通过热重分析实验得到煤自然发火三个阶段的活化能,确定了煤的最短自然发火期为23.75d;在低温氧化实验中,得到煤自燃临界氧浓度为8%,确定了 CO、C2H4、C3H6、C2H2、C2H4/C2H6作为煤矿预测预报煤自然发火进程的标志气体指标;利用封闭耗氧实验得到煤的耗氧速率与氧气的浓度成正比关系。以上实验为数值模拟提供参数,并为预报钻孔周围煤体自然发火情况提供依据。(2)通过数值模拟方法建立顺层瓦斯抽采诱发煤体自燃的数值模型,研究不同封孔深度、封孔长度、抽采负压和初始地温对钻孔周围煤体渗流场分布、氧气浓度分布和煤温分布。结果表明:初始煤层温度越高,封孔深度越浅,封孔长度越小,抽采负压越大都将导致钻孔周围氧气浓度迅速下降的拐点提前和煤体升温速率增加;结合氧气浓度、渗流速度和煤温确定了 3组防治瓦斯抽采诱发煤体自燃的封孔参数(fs-fc),分别为23-8、20-10和18-13;揭示了钻孔周围煤体自燃的规律,为预防钻孔周围煤体自燃提供了理论基础。(3)对封孔深度、封孔长度、抽采负压和不同地温展开四水平的正交试验,通过数值模拟得到煤达到最短快速氧化阶段的时间,利用逐步回归分析方法得到与时间的函数。结果表明:煤体达到最短快速氧化阶段的时间与抽采压力为2次幂负相关,与封孔深度和封孔长度呈正线性相关。确定了不同埋深煤层封孔参数和抽采负压,能有效的优化参数防止钻孔周围煤体自燃。(4)通过数值模拟结合理论分析确定抽采钻孔周围煤自燃三带为散热带、氧化带和窒息带,将散热带和氧化带统称为“危险区域”,窒息带为“安全区域”。危险区域划分标准为钻孔周围氧浓度大于8%且漏风速度小于0.004m/s的区域,其他区域称为“安全区域”。“危险区域”的划分对防治钻孔周围煤体自燃有重要意义。(5)确定了一种监测、检验、防治瓦斯抽采钻孔自然发火的成套技术,在现场应用中取得了良好的效果,为防治瓦斯抽采诱发煤体自燃提供了技术支持,从而保障了深部煤层安全高效抽采。该论文有图106幅,表21个,参考文献180篇。
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