煤層露頭火災動態(tài)演化機理與控制研究.pdf

1、煤層露頭火災不斷發(fā)展所形成的大面積煤田火災,不僅造成巨大的資源損失和環(huán)境污染,而且對人類的健康、自然的環(huán)境破壞和煤礦的安全生產都造成威脅。我國煤層露頭火區(qū)分布范圍廣、火災燃燒程度嚴重,每年直接燒失煤炭資源約2000萬t,破壞煤炭資源達2億t。研究煤層露頭火災形成演化機理,為火區(qū)的預防和治理提供理論指導具有重要的意義。
　　采用煤低溫自然發(fā)火實驗和熱重分析實驗相結合的實驗方法,測試了煤層露頭氧化、熱解、燃燒過程的特性參數(shù),分析了煤低

2、溫氧化自燃階段、煤的熱分解階段和煤的燃燒階段三個不同階段的化學反應機理,掌握了煤層露頭燃燒過程的機理與特性;采用MTS815.02電液伺服巖石力學實驗系統(tǒng)和NM-4A型非金屬超聲檢測分析儀,研究溫度載荷作用下砂巖的熱破壞過程,分析了砂巖熱破壞宏觀力學特性,探討了砂巖宏觀熱破壞機理,通過對煤層露頭火區(qū)上覆巖層的熱破壞特性的系統(tǒng)分析,研究提出了煤層露頭火區(qū)上覆巖層的塌陷、破壞機理,得出了上覆巖層的塌陷、破壞規(guī)律與形式,其形成的塌陷裂隙、塌陷

3、臺階和塌陷坑是造成煤層露頭持續(xù)供氧燃燒的主要漏風通道。
　　依據多孔介質滲流理論,分析了煤層露頭火區(qū)內氣體特性和風流滲流狀態(tài),研究了火區(qū)內氣體流動動力和阻力,推導出煤層露頭火區(qū)氣體滲流數(shù)學模型,并結合煤層露頭火災熱動力特性分析,構建了煤層露頭火災演化過程物理模型,對煤層露頭火區(qū)在不同漏風強度條件下的溫度場和煤層露頭火區(qū)在不同溫度條件下的滲流場進行數(shù)值計算。通過煤層露頭火災發(fā)生發(fā)展的規(guī)律及燃燒特點的分析,提出了煤層露頭火災燃燒狀態(tài)識

4、別判定方法和對火區(qū)進行分類治理的思想,并根據熱量的產生、聚集、擴散和持續(xù)的漏風供氧是影響煤層露頭火災的發(fā)生發(fā)展過程的關鍵要素,提出了以降氧為主的火區(qū)控制方法和以降溫為主的火區(qū)治理方法及實現(xiàn)該方法的相應技術措施。
　　最后,以四川省攀枝花市寶鼎礦區(qū)煤層露頭火區(qū)為模型,依據煤層露頭火災燃燒狀態(tài)識別判定方法,進行了火區(qū)分類治理,將以降氧為主的火區(qū)控制理論和以降溫為主的火區(qū)治理理論應用到實際煤層露頭火災的治理工程中。通過采取煤層露頭剝挖、