石港煤矿高瓦斯易自燃煤层开采综合防治瓦斯和煤层自燃技术研究 计划任务书 -5.21改动

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1、编号类别2014年科学技术项目计划任务书项目名称：石港煤矿高瓦斯易自燃煤层开采综合防治瓦斯和煤层自燃技术研究承担单位：山西石港煤业有限责任公司协作单位：中国矿业大学(北京)起止年限：2014年1月～2015年6月2014年1月15国内外概况、水平和发展趋势及专利情况瓦斯抽采是治理瓦斯突出、瓦斯积聚和瓦斯爆炸的根本性措施，按照地应力程度来划分，瓦斯抽采包括未卸压煤层抽采和卸压煤层抽采，尤其是利用采动效应对瓦斯的卸压作用高效抽采瓦斯已经成为我国煤矿瓦斯灾害治理的最有效途径。卸压瓦斯抽采的主要技术手段包括利用高抽巷或高

2、位钻孔抽采邻近层瓦斯、穿层钻孔抽采卸压瓦斯以及地面钻井（孔）抽采卸压瓦斯等，目前前两者因经济实用而被较常采用。矿井自燃火灾防治技术与体系在近几十年得到了较快的发展和完善，但是随着煤矿开采强度的不断增大，同时由于自燃危险区域的隐蔽性和特殊性，煤层的自燃危险性有明显增大的趋势。矿井自燃火灾防治技术与体系主要包括采空区遗煤自燃机理、采空区火源位置探测技术和煤自燃火灾防治技术等。回采工作面瓦斯及火灾防治技术相对比较成熟，但是现场在实施瓦斯治理及火灾防治的措施时，没有考虑到二者之间的耦合，在实施瓦斯治理方法时，容易引起采空

3、区漏风，从而导致煤自燃。因此，在治理易自燃煤层采空区瓦斯时，需选择合理的参数，在有效地降低采空区瓦斯涌出同时，尽可能地避免煤自燃事故的发生。山西石港煤业有限责任公司主采15号煤层，15号煤层原始瓦斯含量为15.29m3/t，原始瓦斯含量较大，采煤工作面采用U+I型通风方式，工作面回采期间内错尾巷瓦斯超标现象时有发生，表明回采期间瓦斯涌出量较大，本煤层瓦斯抽采并没有达到根治瓦斯的效果；由于15号煤层较厚且为二类自燃煤层，同时上邻近层14号煤层（与15号煤层平均层间距仅为6.55m）为一类容易自燃煤层，回采期间上邻近

4、层14号煤层垮落落入采空区和15煤层遗留浮煤共同构成采空区自燃灾害隐患，故而采空区CO气体浓度也长期存在超标现象；2013年7月25日，15203回采工作面采空区14号煤层发生自燃导致采空区爆燃事故的发生。因此，石港煤矿煤层开采中瓦斯和自燃灾害问题已严重威胁着矿井的安全高效生产。本项目拟针对工作面采空区CO气体超限、采空区自燃、内错尾巷瓦斯浓度超限等现象，运用理论研究、实验室试验、数值模拟、现场验证等多种技术手段，深入探讨并确定适合石港煤矿工程技术特点的近距离煤层回采工作面瓦斯与煤自燃共治机理，建立石港煤矿近距离

5、煤层回采工作面瓦斯与煤自燃共治技术体系，为进一步完善石港煤矿现有生产技术条件下采空区防灭火技术和回采工作面瓦斯治理技术提供理论支撑，为石港煤矿安全高效生产提供技术保障。15主要研究、试验内容、目标、技术关键及主要技术经济指标（目标要具体，包括阶段目标和最终目标）主要研究、试验内容：由于14#煤层没有开采，且距离15#煤层距离较近，处于15#煤层的冒落带，会在15#煤层的采空区形成大量浮煤，采空区中14#煤层的自燃发火危险程度可能比15#煤层更严重，而14#煤层的指标气体，采空区自燃“三带”分布等参数尚不清楚。因此

6、，为了消除采空区煤自燃的危险性，降低回采工作面瓦斯浓度，特别是尾巷瓦斯浓度，以及将来取消内错巷之后工作面上隅角的瓦斯浓度，实现对石港煤矿近距离煤层回采工作面瓦斯与煤自燃共治的目的，项目拟开展的研究内容如下：（1）回采工作面瓦斯与煤自燃共存致灾机理研究研究回采工作面瓦斯与煤自燃共存的内在关联性及致灾机理，建立回采工作面采场裂隙场、浓度场（甲烷浓度场和氧气浓度场）和温度场三场交汇模型；本项研究的技术路线图如图1所示。采煤工艺通风条件抽放工艺瓦斯涌出情况数学模型数值模拟风流压力分布瓦斯浓度分布氧气浓度分布漏风强度分布采

7、空区风流流场及采场瓦斯分布特征研究图1工作面采空区风流流场及采场瓦斯分布特征研究技术路线示意图根据工作面的采煤方法，巷道布置，包括治理瓦斯巷道的布置，运用UDEC软件模拟研究回采工作面和采空区的裂隙场。根据直接顶的厚度，碎胀性及冒落带，裂隙带的分布规律，分析采空区内14#层，15#层浮煤分别的厚度和层位。以裂隙场为基础，利用FLUENT数值模拟软件分析采空区漏风分布，并结合采空区温度的15测定，气体浓度的测定，分析采空区三维立体的浓度场，温度场。在此基础上得出该采空区自燃“三带”的特征。作为以后研究和措施实施的基

8、础。（2）采空区自然发火危险程度研究煤自然发火预测预报技术的关键技术核心是如何自然发火预测预报标志气体及临界指标。根据以往的研究，使用最多的自然发火预测预报标志气体往往是CO、C2H4等。但有些矿区自然发火预测预报技术已有的研究表明，CO、C2H4等标志气体不一定是最灵敏的，故需进一步探索更适合石港矿煤自然发火预测预报技术预测预报标志气体及临界指标，使煤自然发火预测预报技