西北地區(qū)侏羅紀(jì)煤層采空區(qū)自然發(fā)火規(guī)律的數(shù)值模擬研究——以大柳塔礦為例.pdf

1、我國(guó)西北地區(qū)侏羅紀(jì)煤資源儲(chǔ)量豐富，但自燃傾向性大，煤層自燃現(xiàn)象嚴(yán)重，因此開展西北地區(qū)侏羅紀(jì)煤自燃理論和技術(shù)研究對(duì)減少資源損失、保障安全開采、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。
　　本文通過(guò)查閱文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)考察，分析了西北地區(qū)侏羅紀(jì)煤的自燃影響因素，認(rèn)為絲炭的聚集、干旱少雨的氣候條件、較大的晝夜溫差和較淺的煤層埋深都是西北侏羅紀(jì)煤自燃的有利條件。
　　依據(jù)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和達(dá)西定律推導(dǎo)了漏風(fēng)場(chǎng)質(zhì)量方程與動(dòng)量方程，依據(jù)組分守恒和菲克定律推導(dǎo)

2、了氧氣對(duì)流傳輸方程，依據(jù)能量守恒和傅里葉定律推導(dǎo)了采空區(qū)能量方程；耦合風(fēng)流場(chǎng)、氧濃度和溫度場(chǎng)模型，構(gòu)建了西北地區(qū)侏羅紀(jì)煤層采空區(qū)自然發(fā)火三維數(shù)學(xué)模型。
　　利用煤樣自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用指數(shù)回歸分析得到了大柳塔礦5-2煤耗氧速率和放熱強(qiáng)度隨溫度的表達(dá)式；采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和經(jīng)驗(yàn)類比探討了氧氣擴(kuò)散系數(shù)和滲透系數(shù)的影響因素，認(rèn)為擴(kuò)散系數(shù)主要受煤樣粒徑控制，空隙率在載荷影響區(qū)呈拋物線分布，最終確定了自然發(fā)火模型中兩個(gè)參數(shù)的表達(dá)式。<

3、br>　　選取大柳塔礦52304工作面為試驗(yàn)對(duì)象，采用FLUENT模擬計(jì)算了其采空區(qū)的自燃情況，劃定自燃帶范圍：進(jìn)風(fēng)側(cè)為45m~226m，回風(fēng)側(cè)為25m~170m。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，確定自燃帶范圍：進(jìn)風(fēng)側(cè)為48m~214m，回風(fēng)側(cè)為18m~162m。模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了西北侏羅紀(jì)煤層采空區(qū)自然發(fā)火數(shù)學(xué)模型的可靠性和適用性。
　　最后，根據(jù)工作面現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，結(jié)合大采高綜采工藝和全部垮落法管理頂板工藝特點(diǎn)，總結(jié)了大柳