红庙矿综放工作面采空区自燃“三带”研究--《辽宁工程技术大学》2013年硕士论文
红庙矿综放工作面采空区自燃“三带”研究
【摘要】：红庙矿为二类自然发火矿井，煤层的自然发火期为20天，5-2S综放工作面在推进的过程中有自然发火的可能。为了保证5-2S综放工作面的安全推进，5-2S综放工作面采空区防灭火任务是重点。本文研究的是通过现场实际防灭火工作和相应数值模拟分析进行红庙矿5-2S综放工作面采空区的防灭火治理。在5-2S综放工作面采空区埋设三组束管，通过束管定期取气样，化验分析得到采空区各组分气体浓度。根据氧浓度数据绘制氧浓度分布等值线图，利用氧浓度指标得出采空区自燃“三带”，并算出不注氮和注氮时的合理推进度。利用Comsol软件进行数值模拟分析采空区氧浓度分布和风流场，用上限漏风风速和下限氧浓度作为指标划分采空区“三带”，得出不注氮时氧化升温带的最大宽度为62m，工作面最小合理推进度为3.1m/d，注氮时氧化升温带的最大宽度为26.4m，工作面最小推进度为1.32m/d。将模拟的结果与实测结果对比，验证了模拟结果符合现场实际，可以指导防灭火实践。在改变风量、注氮量、注氮口位置以及注氮时间的条件下分别进行数值模拟，得出各因素对采空区自燃“三带”的影响规律∶风量变化对氧化升温带宽度影响不大，注氮量越大氧化升温带宽度越小，注氮口的合理范围在30～50m，一天连续注氮16h为宜。本研究结果应用于指导红庙矿5-2S综放工作面采空区防灭火现场实际，保证红庙矿5-2S综放工作面安全采完毕，未发生火灾。表明本研究对红庙矿综放工作面采空区防灭火具有重要的实际指导意义，对于其他煤矿采空区防灭火也具有借鉴作用。
【关键词】：
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TD752.2【目录】：
致谢5-6摘要6-7Abstract7-111 绪论11-23 1.1 选题背景11-12 1.2 国内外研究现状12-19
1.2.1 煤自燃机理12-14
1.2.2 煤自燃特性测试方法研究进展14-16
1.2.3 煤自燃影响因素16
1.2.4 防灭火技术研究现状16-19 1.3 矿井概况19-20
1.3.1 矿井交通位置19
1.3.2 矿井开拓方式及生产能力19-20
1.3.3 煤层地质及煤质特征20 1.4 研究的目的和意义20-21 1.5 研究的主要内容与技术路线21-23
1.5.1 主要研究内容21
1.5.2 技术路线21-232 煤层发火预测预报23-29 2.1 煤自燃过程23-25
2.1.1 煤自燃的条件23
2.1.2 煤自燃的三个阶段23-24
2.1.3 煤自然发火期24-25 2.2 煤自燃预报25-27
2.2.1 煤自燃指标气体25-26
2.2.2 指标气体的选择26-27 2.3 煤自燃的极限参数27-29
2.3.1 煤的着火温度27-28
2.3.2 上限漏风强度28
2.3.3 最小浮煤厚度28
2.3.4 下限氧浓度28-293 综放工作面采空区气体流动数学模型29-39 3.1 采空区特征29-32
3.1.1 采空区顶板垮落29
3.1.2 采空区上覆三带29-30
3.1.3 煤岩碎胀系数30-31
3.1.4 采空区渗透率31-32 3.2 采空区自燃“三带”32-33 3.3 采空区流场模型33-39
3.3.1 非线性渗流模型33-35
3.3.2 采场空气中气体运移的基本形式35-36
3.3.3 采空区气体流动方程36-394 5-2S 综放工作面采空区自燃“三带”监测39-56 4.1 5-2S 综放工作面概况39-41
4.1.1 工作面布置39
4.1.2 煤层与顶底板39
4.1.3 回采巷道布置39-40
4.1.4 采煤方法和回采工艺40
4.1.5 通风与运输系统40-41
4.1.6 开采技术指标41 4.2 采空区自燃“三带”监测41-49
4.2.1 采空区束管监测系统41-42
4.2.2 采空区温度监测42
4.2.3 5-2S 综放面采空区束管及温度传感器铺设方案42-45
4.2.4 5-2S 综放面采空区束管监测结果45-49 4.3 5-2S 综放面采空区自燃“三带”划分49-56
4.3.1 未注氮 5-2S 采空区自燃“三带”49-52
4.3.2 未注氮 5-2S 工作面合理推进度52
4.3.3 注氮 5-2S 采空区自燃“三带”52-55
4.3.4 注氮 5-2S 工作面合理推进度55-565 5-2S 综放面采空区防灭火工艺参数数值模拟56-76 5.1 Comsol 模拟 5-2S 采空区的步骤56-59
5.1.1 建立几何模型56
5.1.2 确定数学方程56-57
5.1.3 数值模拟的边界条件57-58
5.1.4 划分网格58-59
5.1.5 求解及后处理59 5.2 5-2S 综放面采空区自燃“三带”数值模拟59-65
5.2.1 未注氮采空区自燃“三带”数值模拟59-61
5.2.2 注氮采空区自燃“三带”数值模拟61-63
5.2.3 数值模拟结果与模型验证63-65 5.3 防灭火工艺参数对 5-2S 采空区自燃“三带”影响的数值模拟65-76
5.3.1 不同注氮量对 5-2S 采空区自燃“三带”的影响65-68
5.3.2 注氮口位置对 5-2S 采空区自燃“三带”的影响68-70
5.3.3 5-2S 工作面进风量对采空区自燃“三带”的影响70-74
5.3.4 连续注氮时间对 5-2S 采空区自燃“三带”的影响74-766 结论及展望76-77 6.1 结论76 6.2 展望76-77参考文献77-79作者简历79-80学位论文数据集80-81
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我校矿山热动力灾害与防治实验室获批为教育部重点实验室
发布单位：党委宣传部|发布人：孙海瑞|供稿人：安全学院
& 近日，教育部办公厅印发《关于“数量经济与数理金融”等教育部重点实验室通过验收的通知》，我校安全科学与工程学院承建的矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室为通过验收的35个重点实验室之一。&矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室于2011年获得教育部批准立项，2012年5月通过教育部科技司组织的重点实验室建设计划专家论证，启动建设。&实验室成立了建设委员会和学术委员会，学术委员会主任委员由张铁岗院士担任，学术委员会委员包括日本九州大学井上雅弘及国内高校、科研院所和煤炭企业专家。& & & & & & & & & & & & & & & & & &&&建设期间，实验室依据《高等学校重点实验室建设与管理暂行办法》，以实现煤矿安全为目标，开展煤炭自然发火防治理论与技术、煤矿受限空间流体动力学与灾变时期管网理论、煤矿动力灾害致灾机理及传播特性等方面的理论与技术创新性研究。& 新建了面积2000平方米的实验大楼，完成了总长度达1000米，面积3000平方米的1：1模拟实际矿井的实验矿井建设。购置了一批先进的仪器设备，如瓦斯燃烧爆炸测试系统、激光多普勒测速系统、激光闪射法导热仪、粒子图像测速仪、热线风速仪、全自动物理/化学吸附分析仪、色谱质谱联用仪、压汞仪等。&实验室建设为科学研究提供了良好的实验条件，在建期间共获得省级以上科技奖励35项、发明专利8项、软件著作权10项、著作和教材11部。&矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室促进了师资队伍建设。吸引了以长江学者、美国密苏里大学终身教授Cody Ding为代表的一批高层次人才来学院工作，学院先后引进多名985、211高校博士毕业生，目前学院拥有百千万人才工程国家级人选、国家有突出贡献中青年专家、国务院政府特殊津贴获得者、国家安全生产检测检验机构资质评审专家、教育部工程教育专业认证专家、煤炭学报创刊50周年100篇最具影响力的论文获得者、辽宁省特聘教授等一批优秀的专家学者，为安全学科的后续发展奠定了坚实基础。&矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室极大地提升了学科建设的层次和水平。2011年获得安全科学与工程一级学科博士、硕士学位授予权，2012年获得安全科学与工程博士后科研流动站。根据教育部学位中心2012年学科评估结果，我校安全科学与工程一级学科全国排名第十一。由中国科学评价研究中心（RCCSE）、中国科教（）和中国教育质量评价中心（ECCEQ）共同发布的中国教育分专业，我校安全技术及工程二级学科研究生教育年全国排名第三。年，我校安全工程专业全国排名第三，2015年，安全工程专业辽宁省排名第一。矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室建设以来，招生博士研究生49名，硕士研究生213名；毕业博士研究生19名，硕士研究生285人。&在实验室建设期间，安全学院积极开展国际学术交流，分别于2012年和2013年组织了第四届国际矿山安全学术研讨会和矿井通风与热害防治国际学术研讨会，极大地提升了实验室和学院的国际影响力。& & & & & & & & & & & & & & & & &&&&&&& 2015年9月，教育部和辽宁省教育厅联合组织以袁亮院士为组长的专家组对矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室进行了验收。验收期间，专家组对实验室近年来的建设成果给予了充分肯定。& & & & & & & & & & & & & && & & &下一步，矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室将面向科学前沿，聚焦国家战略需求和行业、区域发展需求，开展创新性研究，推动学科建设发展，提升学校创新能力，以高水平科学研究支撑高质量教育。
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