采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治机理与技术研究
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摘要
随着煤矿开采深度的增加,瓦斯涌出量增大,瓦斯灾害日趋严重；同时地应力增加,煤岩破碎量增大,地温升高,煤自燃灾害也越发凸显。两种灾害共生的复合型灾害已成为煤矿重特大事故的普遍模式。因此,研究采空区瓦斯与煤自燃复合灾害的防治机理及技术具有十分重要的意义。
瓦斯与煤自燃复合灾害特点的普遍共识是相互影响、相互制约,但现场实施时,要二者兼顾,易顾此失彼。因此,须依据瓦斯与煤自燃两种灾害的特点以及各种灾害的防治方法,研究耦合影响的关键因素,确定防治机理与方法。由于瓦斯和煤自燃灾害防治方法的多样性,相关研究仅针对某个实例进行分析研究,没有建立适合瓦斯与煤自燃复合灾害的预测、预报以及治理的综合防治技术。
本文从两种灾害的特性和防治方法着手,认为采空区瓦斯与煤自燃复合灾害的防治焦点在于控制采空区煤自燃,杜绝瓦斯爆炸的引火源,但防治重点是瓦斯。以自燃带分布为耦合影响关键因素,在防治瓦斯的基础上研究与防治煤自燃的相互作用和相互影响。瓦斯方面,依据开采条件和瓦斯涌出量预测,合理确定风量、通风形式和推进速度,优选抽采方法,高效治理瓦斯；煤自燃方面,通过实验确定煤自燃特性,在防治瓦斯的基础上从控氧和控时间两个方面制定防火方法。并由此确立了以预测、预报为主的复合灾害防治方法。
复合灾害预测方面,依据现场实测建立CFD模型,进行数值模拟预测研究,从通风、抽采和防火三个方面分别模拟分析了不同风量和通风形式,各种大流量抽采方法,如尾抽、高抽巷、地面钻井、高位钻孔和埋管抽采,以及惰化防火对采空区自燃“三带”分布的影响,从而确定防治自燃发火的最低推进速度,并依此优化通风与瓦斯抽采方法,完善防火措施。
复合灾害预报方面,通过实验获取指标气体和临界温度作为分析判定煤体自燃程度的依据,由束管监测的氧浓度分布对数值模拟模型参数进行修正。
基于复合灾害防治方法,试验研究了高瓦斯易自燃煤层惰化防火、高瓦斯强抽采工作面防火和高瓦斯易自燃工作面超大火区均压灭火,验证了复合灾害防治效果,建立了适合瓦斯与煤自燃复合灾害的预测、预报和治理的综合防治技术。
Along with the increasing mining depth and gas emission, gas disaster is becoming increasingly serious day by day; concurrently, geostress, coal crushing amount and earth temperature increases, coal spontaneous combustion is also increasingly prominent. The integrated disaster has become a common pattern in severe and great casualties of coal mine accidents. Therefore, it will be of great significance to study the control mechanism and technology for integrated disaster of goaf gas and coal spontaneous combustion.
For the characteristic of integrated disaster of gob gas and coal spontaneous combustion, there is a consensus that these two kinds of disasters are interact and mutual restrict, so it is important to care about the both when implement through the scene, although it is liable to neglect one or the other. Therefore, it should be according to the characteristics of gob gas and coal spontaneous combustion and control method of various disasters, study the critical factors of coupling effect and confirm the control mechanism and method. Due to the control method of gas and coal spontaneous combustion is methodological, the correlational research is for a certain of living example only, it does not establish an integrated control technique with prediction, forecast and control method for gas and coal spontaneous combustion.
This study sets about from the characteristics and control method of these two kinds of disasters, it believes that prevention and control method should be focus on controlling goaf coal spontaneous combustion and the ignition source of gas explosion. However, the key point is gas, the distribution of self ignition zone regarded as the key factor of coupling effect, to study and prevention the interact and mutual restrict of coal spontaneous combustion on the basis of prevention and control gas. About gas, according to mining conditions and gas emission, the air volume, ventilated style and advance speed is determined rationally, and a preferred extracting method is selected for efficient gas control. About coal spontaneous combustion, its specialty is confirmed by experiment, the fire protection method is determined through control oxygen or time on the basis of prevention and control gas, and thus a prediction and forecast-based prevention and control method of integrated disaster is established.
For the prediction of integrated disaster, CFD model according to field measurement is developed for prediction study of numerical modeling. From the aspect of ventilation, drainage and fire protection, different air volume, ventilated style and many heavy flow extraction methods, such as the tail drainage, high drainage roadway, surface wells and buried pipe extraction are analyzed, the effect of inerting fire protection for the distribution of self ignition zones is analyzed as well. Thus the minimum advance speed of protecting slef ignition is determined to optimize the ventilation and gas extraction method, so as to perfect the fire protection method.
For the forecast of integrated disaster, the index gas and stagnation temperature is taken by experiment as the basis of analysis and judge the degree of coal spontaneous combustion, and the parameters of numerical modeling are amended according to the oxygen concentration distribution through the pipes observation.
Based on the prevention and control method of integrated disaster, the inerting fire protection in easily spontaneous coal seam, the working face of high gas emission and drainage, and fire fighting by equal pressure in easily spontaneous coal seam of high gas are practised. The control effect of integrated disaster is validated, and an integrated control technique with prediction, forecast and control method for gas and coal spontaneous combustion is establised.
瓦斯与煤自燃复合灾害特点的普遍共识是相互影响、相互制约,但现场实施时,要二者兼顾,易顾此失彼。因此,须依据瓦斯与煤自燃两种灾害的特点以及各种灾害的防治方法,研究耦合影响的关键因素,确定防治机理与方法。由于瓦斯和煤自燃灾害防治方法的多样性,相关研究仅针对某个实例进行分析研究,没有建立适合瓦斯与煤自燃复合灾害的预测、预报以及治理的综合防治技术。
本文从两种灾害的特性和防治方法着手,认为采空区瓦斯与煤自燃复合灾害的防治焦点在于控制采空区煤自燃,杜绝瓦斯爆炸的引火源,但防治重点是瓦斯。以自燃带分布为耦合影响关键因素,在防治瓦斯的基础上研究与防治煤自燃的相互作用和相互影响。瓦斯方面,依据开采条件和瓦斯涌出量预测,合理确定风量、通风形式和推进速度,优选抽采方法,高效治理瓦斯；煤自燃方面,通过实验确定煤自燃特性,在防治瓦斯的基础上从控氧和控时间两个方面制定防火方法。并由此确立了以预测、预报为主的复合灾害防治方法。
复合灾害预测方面,依据现场实测建立CFD模型,进行数值模拟预测研究,从通风、抽采和防火三个方面分别模拟分析了不同风量和通风形式,各种大流量抽采方法,如尾抽、高抽巷、地面钻井、高位钻孔和埋管抽采,以及惰化防火对采空区自燃“三带”分布的影响,从而确定防治自燃发火的最低推进速度,并依此优化通风与瓦斯抽采方法,完善防火措施。
复合灾害预报方面,通过实验获取指标气体和临界温度作为分析判定煤体自燃程度的依据,由束管监测的氧浓度分布对数值模拟模型参数进行修正。
基于复合灾害防治方法,试验研究了高瓦斯易自燃煤层惰化防火、高瓦斯强抽采工作面防火和高瓦斯易自燃工作面超大火区均压灭火,验证了复合灾害防治效果,建立了适合瓦斯与煤自燃复合灾害的预测、预报和治理的综合防治技术。
Along with the increasing mining depth and gas emission, gas disaster is becoming increasingly serious day by day; concurrently, geostress, coal crushing amount and earth temperature increases, coal spontaneous combustion is also increasingly prominent. The integrated disaster has become a common pattern in severe and great casualties of coal mine accidents. Therefore, it will be of great significance to study the control mechanism and technology for integrated disaster of goaf gas and coal spontaneous combustion.
For the characteristic of integrated disaster of gob gas and coal spontaneous combustion, there is a consensus that these two kinds of disasters are interact and mutual restrict, so it is important to care about the both when implement through the scene, although it is liable to neglect one or the other. Therefore, it should be according to the characteristics of gob gas and coal spontaneous combustion and control method of various disasters, study the critical factors of coupling effect and confirm the control mechanism and method. Due to the control method of gas and coal spontaneous combustion is methodological, the correlational research is for a certain of living example only, it does not establish an integrated control technique with prediction, forecast and control method for gas and coal spontaneous combustion.
This study sets about from the characteristics and control method of these two kinds of disasters, it believes that prevention and control method should be focus on controlling goaf coal spontaneous combustion and the ignition source of gas explosion. However, the key point is gas, the distribution of self ignition zone regarded as the key factor of coupling effect, to study and prevention the interact and mutual restrict of coal spontaneous combustion on the basis of prevention and control gas. About gas, according to mining conditions and gas emission, the air volume, ventilated style and advance speed is determined rationally, and a preferred extracting method is selected for efficient gas control. About coal spontaneous combustion, its specialty is confirmed by experiment, the fire protection method is determined through control oxygen or time on the basis of prevention and control gas, and thus a prediction and forecast-based prevention and control method of integrated disaster is established.
For the prediction of integrated disaster, CFD model according to field measurement is developed for prediction study of numerical modeling. From the aspect of ventilation, drainage and fire protection, different air volume, ventilated style and many heavy flow extraction methods, such as the tail drainage, high drainage roadway, surface wells and buried pipe extraction are analyzed, the effect of inerting fire protection for the distribution of self ignition zones is analyzed as well. Thus the minimum advance speed of protecting slef ignition is determined to optimize the ventilation and gas extraction method, so as to perfect the fire protection method.
For the forecast of integrated disaster, the index gas and stagnation temperature is taken by experiment as the basis of analysis and judge the degree of coal spontaneous combustion, and the parameters of numerical modeling are amended according to the oxygen concentration distribution through the pipes observation.
Based on the prevention and control method of integrated disaster, the inerting fire protection in easily spontaneous coal seam, the working face of high gas emission and drainage, and fire fighting by equal pressure in easily spontaneous coal seam of high gas are practised. The control effect of integrated disaster is validated, and an integrated control technique with prediction, forecast and control method for gas and coal spontaneous combustion is establised.
引文
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