采空区漏风条件下孤岛工作面煤层自燃规律研究及应用

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在矿井孤岛开采过程中,由于孤岛工作面两侧及后方均有采空区分布,受采动压力的影响,工作面巷道煤体裂隙发生改变,形成大量漏风通道;随着孤岛工作面的不断推进,工作面供风量增加,通风系统压能变化,巷道壁面节点压能增大,工作面向采空区的漏风量增多,遗煤氧化程度加剧,采空区自燃危险性升高,威胁着矿井的安全生产。  本论文以采空区漏风条件下孤岛工作面煤层自燃规律为研究对象,旨在分析当工作面供风量变化时,通风系统压能变化对孤岛工作面自然发火的影响,为工作面采空区及邻近采空区防灭火提供理论指导。  本文从采空区遗煤自燃规律及自燃带分布规律入手,着重分析了孤岛工作面自然发火的特点,分析表明:孤岛工作面邻近采空区遗煤经二次氧化,其自然发火概率大于工作面采空区;采空区“三带”范围受浮煤厚度、空隙率及推进速度的影响较大。对巷道煤体动力学漏风规律及孤岛工作面漏风影响因素进行分析,提出对孤岛工作面漏风产生影响的7种静态漏风因素(即环境因素)与3种动态漏风因素(即动力因素)。在上述研究的基础上,建立了压能变化条件下孤岛工作面漏风模型公式。  以某煤矿6303工作面为例,利用6303孤岛工作面进、回风巷压力坡度线及漏风模型公式对通风原始数据进行分析,得出:工作面向邻近采空区漏风,进风巷漏风量由上风侧至下风侧逐渐增大,回风巷漏风量由上风侧至下风侧逐渐减小;工作面巷道向其后方采空区漏风,上隅角流入与下隅角流出采空区的风量之和为21.1 m3/min,随着工作面供风量的进一步增大,工作面煤壁节点压能升高,漏风量增多,工作面采空区自然发火危险性升高。在对6303孤岛工作面采空区自燃带范围划分的基础上,利用MATLAB模拟采空区内部温度随时间的变化情况及工作面供风量增大对工作面采空区和邻近采空区自燃带范围的影响,结果表明:随时间的不断推移,采空区温度由25℃上升到54℃,存在自然发火危险;当工作面供风量增大时,煤壁节点压能升高,漏风量增加,工作面采空区及邻近采空区自燃带范围扩大,自燃危险性升高。  针对数据分析及模拟结果,在对漏风模型公式进行分析的基础上,确定工作面最佳供风量范围360 m3/min~460 m3/min,制定压能调节、控制最小推进速度为2.17 m/天与其它防灭火措施相结合的技术方案。
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