西庞煤矿复采工作面采空区浮煤自燃规律及防治技术研究

煤炭在当今世界能源结构中占有举足轻重的地位,能源危机的频频发生使得人们越来越注重煤炭资源的可持续节约性开采。采空区遗煤复采则可有效地提高煤炭资源的利用效率,尤其对于资源枯竭的衰老矿井,复采在资源回收的过程中显得更为重要。然而在复采过程中由于开采煤体松散,采空区浮煤极易自然发火,严重威胁工作面的安全生产。因此,研究复采工作面采空区浮煤自燃规律及防治技术具有重要的意义。 本文以河北省西庞煤矿108复采工作面为研究对象,采用实验对比、现场观测和数值模拟相结合的方法对复采工作面采空区浮煤自燃规律进行研究,并提出以胶体充填封堵的防治技术对产生的高温区域进行治理。首先,采集不同粒径和经过不同温度预氧化的同种粒径煤样分别进行程序升温实验,通过对比分析得出复采工作面采空区浮煤的自燃特性,并与以往大型煤自然升温实验进行关联采用数值拟合的方法得出其自燃特性参数和粒度影响函数,以此推算出复采过程中浮煤自燃的极限参数。其次,通过理论分析与现场观测相结合的方法得出复采工作面采空区压力分布、空隙率分布、漏风通道分布及渗透率分布的规律,建立复采工作面采空区渗流数学及物理模型并对其边界条件进行合理简化。采用Fluent软件对复采工作面采空区流场进行数值模拟,得出采空区内部渗流速度及氧气浓度的分布规律,结合现场观测到的浮煤厚度及实验得到的煤自燃极限参数判定自燃的危险区域,总结得出复采工作面采空区浮煤的自燃规律。最后,在开采的过程中对复采工作面自燃危险区域进行密切监测,并采用粉煤灰复合胶体对出现的高温区域进行有针对性的降温、填充、堵漏处理,结果表明经过治理后,复采工作面采空区高温区域温度均下降到26～28℃,一氧化碳气体浓度迅速下降并最终消失,复采工作面顺利推进800m至指定停采位置封闭,总计出煤45万t,经济效益显著。