综采面自燃火灾精准防控技术——以平顶山矿区为例

前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 采空区遗煤自燃的影响因素 2
1.2.2 煤自燃预测预报方法 3
1.2.3 采空区煤自燃“三带”分布 6
1.2.4 煤自燃防控技术 7
第2章 平顶山矿区概况 14
2.1 矿区位置和范围 14
2.2 自然地理 15
2.3 矿区地质条件 16
2.3.1 矿区地质构造 16
2.3.2 矿区水文地质条件 20
2.3.3 矿区工程地质条件 22
2.3.4 矿区煤层及顶底板 24
2.3.5 矿区瓦斯赋存 26
2.4 己15-31060工作面概况 28
2.4.1 工作面概况 28
2.4.2 工作面地质条件 29
2.4.3 工作面地质构造 29
2.4.4 工作面水文地质情况 31
2.4.5 其他地质条件 32
第3章 构造煤与原煤的微观结构特征 33
3.1 煤样制备和实验方法 33
3.1.1 煤样的采集与制备 33
3.1.2 实验方法 33
3.2 构造煤与原煤化学结构参数分析 34
3.3 构造煤与原煤孔隙结构分析 35
3.4 构造煤与原煤孔径及比表面积特征 38
3.5 分形维数特征 44
第4章 煤层自燃标志气体选择及关键参数测试 47
4.1 程序升温氧化实验 47
4.2 己15煤样的升温氧化实验研究 48
4.2.1 碳氧化合物的析出规律 48
4.2.2 碳氢化合物的析出规律 50
4.2.3 氧气的变化规律 52
4.2.4 耗氧速率分析 52
4.3 煤自燃标志性气体选择 53
4.3.1 标志性气体的基本特征 53
4.3.2 标志性气体的选择 54
4.4 己15煤层的自燃倾向性 54
4.5 工业分析实验 56
4.5.1 实验设备 56
4.5.2 工业分析参数 57
4.5.3 实验内容和步骤 58
4.5.4 工业分析实验结果 59
4.6 己15煤层的自然发火期 59
4.6.1 最短自然发火期数学模型 60
4.6.2 自然发火期的测试装置 60
4.6.3 自然发火期的实验条件及过程 61
4.6.4 自然发火期的解算 61
4.7 其他主采煤层的自燃关键参数 62
4.7.1 平煤一矿丁5-32140工作面 62
4.7.2 平煤一矿丁6-32080工作面 65
4.7.3 平煤一矿戊8-31220工作面 68
4.7.4 平煤十矿戊9-20200工作面 71
4.7.5 平煤五矿己16,17-23260工作面 74
4.7.6 平煤二矿己17-23030工作面 76
4.7.7 张村矿二1-12020工作面 79
第5章 自燃煤层热特性综合分析 83
5.1 实验仪器与工作原理 83
5.2 煤样的热重实验 84
5.3 基于TG/DTG曲线的煤自燃参数分析 84
5.4 基于DSC曲线的煤样分析 87
5.5 煤氧化进程中动力学参数分析 88
5.5.1 活化能的计算方法 88
5.5.2 不同升温速率下活化能计算 89
5.6 构造煤与原煤TG/DSC实验及差异性分析 91
5.6.1 实验仪器与实验方法 91
5.6.2 构造煤与原煤TG-DTG曲线分析 91
5.6.3 构造煤与原煤DSC曲线分析 97
5.6.4 构造煤与原煤氧化动力学参数计算 101
5.7 其他主采煤层的热特性分析 104
5.7.1 平煤一矿丁5-32140工作面 104
5.7.2 平煤一矿丁6-32080工作面 107
5.7.3 平煤一矿戊8-31220工作面 112
5.7.4 平煤十矿戊9-20200工作面 117
5.7.5 平煤五矿己16,17-23260工作面 119
5.7.6 平煤二矿己17-23030工作面 121
5.7.7 庇山矿二12-12120工作面 123
第6章 工作面采空区煤自燃“三带”分布 126
6.1 现场测试方案及测试仪器 126
6.1.1 现场观测方案 126
6.1.2 测试仪器介绍 127
6.1.3 观测参数 128
6.2 基于现场实测的煤自燃“三带”划分 128
6.3 采空区煤自燃“三带”划分及安全回采速度 130
6.3.1 采空区煤自燃“三带”划分 130
6.3.2 预防煤自燃的安全回采速度 130
6.4 己15-31060工作面采空区煤自燃“三带”数值模拟 131
6.4.1 COMSOL软件介绍 131
6.4.2 COMSOL建模步骤 132
6.4.3 数学模型 133
6.4.4 采空区物理模型 134
6.4.5 模拟结果分析 137
6.5 不同风速对采空区煤自燃“三带”的影响 141
第7章 采空区煤自燃“三带”分布的多元回归分析 143
7.1 多元回归分析原理 143
7.1.1 多元回归方程 143
7.1.2 多元回归模型评判依据 144
7.2 多元回归方程的建立与分析 145
7.2.1 散热带与氧化升温带分界线的多元回归分析 146
7.2.2 散热带与氧化升温带的分界线主成分回归分析 147
7.2.3 氧化升温带与窒息带的分界线多元回归分析 149
7.2.4 采空区氧化升温带宽度的多元回归分析 150
第8章 煤层自然发火监测及早期预报技术 153
8.1 巷道自然发火观测 153
8.1.1 巷道内观测点布置原则 153
8.1.2 巷道内日常观测 153
8.1.3 巷道早期预报指标及结果 154
8.2 工作面自然发火监测及早期预报 155
8.2.1 工作面自然发火监测 155
8.2.2 早期预报指标及结果 156
第9章 工作面正常回采时煤自燃防控技术 158
9.1 堵漏风防治采空区煤自燃技术 158
9.1.1 采空区增阻堵漏技术原理 158
9.1.2 上下顺槽袋墙封堵及参数设计 159
9.2 喷洒阻化液预防采空区自然发火技术 159
9.2.1 常用矿用阻化剂分析 159
9.2.2 阻化剂选择 161
9.2.3 喷洒阻化液防灭火系统的选择 162
9.2.4 阻化液喷洒工艺设计 162
9.2.5 确定阻化液喷洒泵参数 163
9.2.6 喷洒阻化液防灭火的注意事项 163
9.2.7 喷洒阻化液的安全技术措施 164
9.3 注氮防控采空区自然发火技术 164
9.3.1 注氮防灭火机理与作用 164
9.3.2 注氮工艺及参数设计 165
9.3.3 防火注氮参数设计 167
9.3.4 制氮装置型号及参数 170
9.3.5 注氮防灭火惰化指标 170
9.3.6 注氮防灭火安全技术措施 171
第10章 工作面停采撤架期间煤自燃防控技术 172
10.1 工作面煤体预注阻化液防治煤自燃技术 172
10.1.1 煤体预注阻化液钻孔布置及参数 172
10.1.2 阻化液注液系统设计 174
10.1.3 注阻化液设备 174
10.2 防控煤自燃的三元泡沫复配方案及抑制效果 175
10.2.1 三元泡沫复配方案 175
10.2.2 泡沫对煤自燃过程的影响 175
10.3 无机固化发泡充填堵漏防灭火技术 181
10.3.1 可堆积无机固化发泡充填堵漏防灭火材料 181
10.3.2 可堆积无机固化发泡材料的技术指标 182
10.3.3 施工装备 183
10.3.4 操作流程 185
10.3.5 施工材料及施工工艺 186
10.3.6 质量保证措施 187
10.3.7 安全措施 188
参考文献 189