煤矸石山自然发火机理及防治技术研究

煤矸石是煤炭开采与加工过程中产生和排放的固体废弃物,其产量约占煤炭产量的10%15%。目前我国煤矸石的累计堆存量达5.0 x109t,占地近2 .0x10 8m2,现已形成大小数千座矸石山,现在全国大约1/3的矸石山正在发生燃烧。 煤矸石山的自燃,是一个极其复杂的物理化学过程,它从常温状态转变到燃烧状态,其氧化过程不仅受到煤矸石的物理化学性质所制约,同时也与煤矸石的岩相组成、水分含量、煤矸石的比表面积、孔隙率以及矸石山所处的自然环境密切有关。 论文主要运用现代测试和分析技术,系统、完善地对各类煤矸石进行一系列的基础研究工作,分析引起自燃的内在综合原因,形成较为完善的矸石山煤矸石自燃理论体系;利用矸石山内气体的流动状态和多孔介质动力学理论,推导出能够描述矸石山自燃发火充分必要条件的动态演变过程的数学模型;并以描述矸石山自燃发火的数学模型为理论依据,从理论和实践出发对矸石山自燃治理和阻化剂与配制进行研究,形成切实可行的治理方案,并应用于工程实践中。 论文完成的主要研究工作有: 有关煤矸石山自燃机理方面,在已有的研究成果基础上,对相关研究成果进行综合分析、比较、研究、总结,并结合对各类矸石山煤矸石进行系统、全面的定性元素分析和各种形态硫含量的定量分析与灰份、发热量分析,以及各种形态硫的演变规律,为探索矸石山煤矸石自然发火机理提供必要的、可靠的数据资料和科学依据,把矸石山自燃发火的研究成果融会成较完善、系统的基础理论体系。 从模拟矸石山自燃发火过程出发,运用现代测试和分析技术对各类矸石山煤矸石样进行氧化升温速度分析,探索其耗氧量、一氧化碳、二氧化碳、以及各种烃类气体的发生、发展规律,可以较好的为研究矸石山煤矸石的自燃提供科学的理论依据。 在系列实验研究的基础上,结合吸附理论、自由基反应理论、黄铁矿（FeS2）氧化理论,并结合以前有关矸石山煤矸石自燃的研究成果,进行比较和总结,建立较为完善、科学的矸石山煤矸石自燃发火理论体系。 从研究矸石山煤矸石内的气体流动状态出发,结合达西定律、渗透连续性方程和质量守恒定律,利用宏观的连续性介质进行研究,推导出矸石山煤矸石自然发火的数学模型。 从矸石山自燃数学模型出发,并以矸石山自燃数学模型为理论指导,对矸石山煤矸石自燃的预防和自燃的治理提出系统、完善的施工方案和技术措施。 在矸石山自燃治理方面,根据引起矸石山自燃的原因,对矸石山煤矸石自燃阻化剂进行系统的理论分析和试验研究,寻求科学有效的阻化剂,形成科学、系统的治理方案和配方,并以结合具体的自燃治理工程实践对矸石山煤矸石自燃进行预防和治理,形成可以推广应用的技术方案和实施工程。治理实践表明,具有良好流变性和科学配方的注浆灭火综合治理措施是安全、高效、科学和可行的。完全可以推广应用于其它矸石山自燃灭火的治理工程中。