杨涧煤矿90101面煤层自燃特性及三带测试分析

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1、杨涧煤矿90101工作面煤层自燃特性及三带测试分析山西中煤杨涧煤业有限公司中国矿业大学二O一二年七月目录1绪论11.1课题研究背景及意义11.2研究内容2290101工作面煤样工业分析及真相对密度测定32.1工业分析32.1.1测试设备32.1.2水分测定32.1.3灰分测定32.1.4挥发分测定42.1.5固定碳计算42.1.6测试结果42.2真相对密度测试52.2.1依据标准52.2.2仪器设备52.2.3测定步骤52.2.4结果计算62.2.5测试结果7390101工作面煤样自燃倾向性测试83.1煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法83.1.1依据标准83.1.2测试仪器及主要性能参数8

2、3.1.3测试过程及吸氧量计算93.1.4煤自燃倾向性分类93.1.5实验数据及结果103.2煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法103.2.1依据标准103.2.2测试原理103.2.3测试仪器103.2.4测试过程113.2.5煤自燃倾向性判定指数的计算113.2.6煤自燃倾向性分类指标123.2.7实验数据及结果123.3自燃倾向性测试结果14490101工作面煤层自然发火指标气体154.1实验设备154.2实验过程164.2.1煤样选取164.2.2实验过程164.3.测试数据164.3.1.实验原始数据164.3.2CO、CO2气体产生规律174.3.3烷烯烃气体产生规律184

3、.4.煤层自然发火标志气体分析与优选194.4.1标志性气体优选原则194.4.2煤层自然发火标志气体分析204.5结论22590101工作面自燃危险区域测试分析235.1采空区煤自燃“三带”的现场观测235.1.1测试装备与技术方案235.1.2观测数据与分析265.2采空区自燃“三带”的CFD模拟305.2.1采空区氧气运移分布的理论基础305.2.2综放面氧气浓度场的CFD模型325.2.3模拟结果与分析335.2.4工作面配风量对自燃带分布的影响346全文总结37第一章绪论1绪论1.1课题研究背景及意义煤炭自燃是矿井的主要灾害之一，我国国有煤矿每年因自燃火灾而封闭的工作面超过

4、100个，封在火区内的工作面装置达数千万元。近年来，随着我国特厚煤层综采放顶煤技术的试验和推广，煤炭的产量和效益大幅度提高，但由于综采放顶煤技术一次性开采强度大，端头支架处顶煤放出率低(有的不放)，冒落高度大、采空区遗留残煤多、漏风严重，加之机电设备功率大、散热多引起采空区温度增高等因素，使得自然发火频繁，严重制约了综采放顶煤高产高效技术的发展。一些以往认为不自燃的矿井，也频繁出现煤层自燃火灾，严重威胁着矿井的安全生产，导致大量的煤炭因火区而冻结；同时，因煤炭自燃而产生的有毒有害气体和引起的瓦斯、粉尘爆炸严重危及井下人员的生命安全。然而，煤炭自燃都经历一个发生、发展的过程。如果能准确

5、得掌握煤炭自燃特性及其规律，在煤炭自燃的初始缓慢聚热阶段对其进行有效控制和处理，势必起到事半功倍的效果，一旦错过这段控制火势的良好时机，火区将会快速发展，火区处理条件和难度迅速恶化与增加。山西中煤杨涧煤业有限公司位于朔州市区东北部，与平鲁区接壤。该矿所开采的矿井储量丰富，煤层厚、赋存浅，地质构造简单，易开采。煤种属气肥煤，是比较理想的动力用煤。煤层距地面垂直深度70-90米，4号、9号、11号煤层为批准可采煤层。90101工作面为杨涧煤矿9号煤层的首采工作面，其工作面走向长度1060m，面长200m，煤层平均厚度约11.2m，煤层平均倾角4°左右。工作面采用综采放顶煤工艺回采，回采过

6、程中采空区遗留浮煤相对较多；同时，90101工作面上部为4号采空区，9煤与4煤层间距约40m，90101采空区来压后势必与4煤采空区沟通使得工作面漏风复杂；加之开采初期作业人员与设备存在一定的磨合期，磨合期间工作面回采速度相当较慢。这些都增加了90101工作面煤层自燃的危险性。临近矿井开采9号煤时已不同程度的出现过自然发火的征兆。90101工作面一旦发生自燃势必影响到整个矿井的安全生产。因此，开展对90101工作面煤层自燃特性及其预防技术的研究，实现工作面的安全回采，指导杨涧煤矿的防灭火工作具有重要的意义。1.2研究内容本课题的研究内容主要包括以下几个方面：38第一章绪论（1）测试9

7、0101工作面煤样水分、灰分、挥发份、固定碳及发热量和真相对密度。（2）分析90101工作面煤层自燃倾向性，测试分析90101工作面煤层温升过程中的气体产物及其随温度的变化规律，得出煤层自然发火指标预警指标。（3）测试90101工作面回采过程中采空区的气体成分、浓度并分析其随回采进程推进的变化规律，确定正常回采情况下的采空区自燃危险区域；计算模拟不同配风量下采空区“自燃危险区域”的分布范围与变化规律；得出自燃危险区域随风量的变化规律；38第二章90101工