煤层开采实际发火期的确定与应用.ppt

煤层开采实际发火期的确定与应用,2011.08.12,项目负责人：何启林，彭伟等。,汇报的内容,煤炭自燃研究的主要内容,目前国内外进行煤炭自燃领域内研究内容：一、煤炭自燃的倾向性（A）二、煤层开采发火危险性（评价指标是：煤层开采过程实际发火期）（B）两者关系：A是内因，B是结果。外因：开采技术条件、地质因素与管理因素（包括防灭火措施）。,煤炭自燃的倾向性与煤炭自燃发火危险性关系,关系：具有煤炭自燃倾向性煤层开采过程中才可能发火；无自燃倾向性煤层开采过程中不会发火；同一煤层不开采方法、不同地质条件、不同管理因素发火期是不一样的。,煤炭自燃过程,空气充填物理吸附煤化学吸附化学反映,Q得热=Q生成-Q散发,聚热环境好,聚热环境不好,目前评价煤炭自燃发火期存在问题,煤层最短发火期只是统计意义上最短发火期。原因：无法测定（煤自燃是复杂、动态变化的化学反应氧化动力学过程）目前可能煤层发火时间长短方法：一、实验法1、实验最短发火期2、煤层实验发火期二、理论法（计算）,8煤的自燃过程的绝热实验,实验仪器,从出气口冒出烟,煤的自燃过程的绝热实验,实验仪器,烟煤氧化温度与时间关系,煤层开采实际发火期的确定与应用技术路线,煤层开采实际发火期的确定原理,Q得热=Q生成-Q散发Q生成=f(T)G-QC(t回-t进)分项积分求解发火期值。,煤氧化过程中有关参数测定,丁集煤矿11-2煤，80目煤样DSC-TG关系曲线,煤炭开采实际发火期的确定,开采实际发火期的确定,应用实例丁集煤矿1262（1）工作面概况,本次试验工作面1262(1)是丁集首采工作面，该采面是综采工作面，工作面东西长2148m，可采走向长1828m，工作面斜长253m，回采面积462484m2。煤层厚度0.23.37m，平均2.6m，运输顺槽标高-890-850m，轨道顺槽标高-830-840m，地表标高+22.7323.38m，煤层倾角06，平均倾角3，工作面平均深度872.4m。根据鉴定，1262（1）工作面瓦斯相对涌出量为5.68m3/t，11-2煤层为突出煤层，其煤尘具爆炸危险性，属易自燃煤层。同时该区域属地温异常区，根据出水水温推断，该区域平均地温为4345，属二级高温区，并且地压现象明显。,1262(1)工作面采空区遗煤氧化相关参数的测定,本次现场实验部分分别沿进、回风巷道布置3个测点，将补偿导线按照制作方法在实验室内分别做成200m2、170m2、140m2三种长度规格共计6根补偿导线，束管长度与补偿导线长度一致，本实验所用的补偿导线在安徽理工大学的实验室进行了预标定。,1262(1)工作面采空区遗三带宽度测定,采空区束管与测温布置示意图,1262(1)工作面采空区遗煤氧化相关参数的测定,1262(1)工作面采空区遗煤氧化相关参数的测定,第一个取样点埋进10m后，开始进行测点，各取样间距20m，最长取样距离200m。在抽气站用高压抽气泵取气样，每23天（取气天数由回采速度所决定，由于丁集煤矿的回采速度为5m/d，所以定为23天取一次气样）由通风科派专人和实验研究人员一起下井取样和测温，气样送至安徽理工大学实验室进行气相色谱分析。,测定理论及结果分析,“三带”划分标准：氧浓度指标：散热带，氧气浓度大于18%；氧化带（自燃带）氧气浓度在1810%之间；窒息带氧气浓度低于10%。采空区内温度指标：通过升温速率判定采空区内漏风风速指标：散热带，漏风风速大于0.24m/min；自燃带，漏风风速在0.10.24m/min；窒息带，漏风风速小于0.1m/min的区域。,测定理论及结果分析,图2-17各测点随开采深度的氧浓度变化图,丁集矿1262(1)综采面开采11-2煤层，应用上述的模型，调用相应的解算程序，可得实际发火期为49d。由于采空区散热带与氧化带两者宽度为100m，工作面安全最低推进速度低于2.6m/d，必须采取注浆与控制漏风等措施，并要加强上隅角指标气体浓度与趋势的监测工作。另外，工作面回采完支架必须在1个半月内撤完。,煤炭开采实际发火期的确定,1262(1)工作面采空区温度场数值模拟,图2-191262(1)采面采空区遗煤网格划分示意图,1262(1)工作面采空区温度场数值模拟,图2-22采空区速度矢量图,1262(1)工作面采空区温度场数值模拟,图2-233天后采空区温度场,图2-246天后采空区温度场,图2-2514天后采空区温度场图,1262(1)工作面采空区温度场数值模拟,图2-26采空区温度等值线,图2-27采空区X方向速度场,结论,丁集矿1262（1）工作面在风量Q=45m3/s、回采率为95%、推进速度5.0m/d的情况下，采空区遗煤最高氧化温度分别为：5天后约为41，10天后约为46，15天后约为51，49天后约为59；随着回采推进，采空区不断被压实，采空区的最高温度低于60，这说明，在上述条件下进行开采该区域的煤炭，采空区遗煤自燃发火的概率很小，回采较为安全。,总结,1)借助热分析仪器与化学反应动力学理论，研究了煤的低温氧化过程，测定煤低温氧化过程发热量与温度之间关系，提出判定煤炭自燃倾向性方法，并以煤的氧化动力机理函数为核心方程，建立煤炭在实际开采过程中自然发火期计算的数学模型，利用数值解算方法，通过编制可求算出煤层在实际开采条件下的发火期值，建立了煤炭自然发火危险性新的预测方法，为选择安全经济的防灭火措施提供依据；,总结,2)在国内外权威性期刊ARCHIVESOFMININGSCIENCE（波兰）、Fuel煤炭学报、中国科技大学学报、中国矿业大学学报、北京科技大学学报等刊物上发表相关研究成果，发表论文被SCI检索2篇，EI检索的有16篇，并由煤炭工业出版社出版煤炭氧化动力学过程研究与应用专著一本，初步建立了煤氧化动力学理论体系；,总结,10)目前已在上海大屯能源股份有限公司的4对矿井、淮南矿业集团大部分矿井中与山西汾西10对矿井中得到应用，现处在逐步推广之中。,谢谢！,