煤层自燃引起覆岩破坏及地表移动变形规律探讨
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摘要
煤层自燃是矿井的五大灾害之一，它导致了一系列的经济、环境和生态问题，损失大量的煤炭资源、释放出大量有毒有害气体、破坏地表形态及危害矿井安全生产等。
然而煤层自燃引起的地表移动变形研究在国内外涉及很少，为此本论文对该问题进行了一定的探索和尝试。从煤的热量集聚过程入手，结合热力学、传热学和已有的煤蓄散热模型，对影响煤体热量积聚的主要影响因素和采空区上覆岩层的离层断裂进行分析，给出了岩层在弯曲下沉时多表现为单层或层簇(几层)运动特征。将覆岩离层破坏时空规律的影响因素划分为两大类：第一类为地质条件因素，主要包括覆岩岩性的软硬度、互层特征、厚硬岩层的存在与否及其位置、非沉积岩的存在形式、地质构造等；第二类为开采技术条件，主要包括开采
太原理工大学硕士研究生学位论文
方法、深厚比、煤层埋藏倾角、采空区尺寸、工作面推进速度
等。
最后将煤层自燃理论和采煤沉陷理论有机的结合在一起进
行研究，探讨了煤层自燃引起覆岩破坏及地表移动的规律，提
出了煤层自燃引起覆岩破坏的分区和分带，同时将开采速度和
自燃速度对覆岩破坏与地表移动的影响进行了比较，认为煤层
自燃也是加剧地表移动变形的主要因素之一。
The spontaneous combustion of coal seam is one of five big disasters in coal mine. It results in a series problem of economy, environment and zoology, in this course, losing a large of coal resources, releasing a lot of poisonous and harmful air, destructive the surface and endangering safety production of mine and so on.
However the study of the spontaneous combustion of coal seam causing surface subsidence deformation is very little, so the paper tries to study the problem. Starting with the course of coal heat convergency, by the thermodynamics, heat transfer theory and the convergency and dissipation heat model, analyses factors of the coal heat convergency and the separated strata fracture of overlying rock over gob, gives out single or more terrane movement character of rock bend subsidence. The influencing factor on the law of the overlying rock separated strata destruction is sorted two classes, the one is geologic condition including rock's hardness, interbed feature, hard large's existence and its position, existence form of
insedimentary rock, geology structure ect. The other is mining technical conditions including mining method, the ratio of depth and thickness, obliquity of coal seam, size of mining dummy and mining speed and so on.
Finally it studys the theroy of spontaneous combustion of coal seam combines with mining subsidence, and analyses the low of the overlying rock destruction and surface subsidence deformation, put forward the subarea and zone of overlying rock destruction by spontaneous combustion of coal seam. At same time, it compares the pace of mining with spontaneous combustion, thinks it is the one of primary factor of accelerating the surface subsidence.
然而煤层自燃引起的地表移动变形研究在国内外涉及很少，为此本论文对该问题进行了一定的探索和尝试。从煤的热量集聚过程入手，结合热力学、传热学和已有的煤蓄散热模型，对影响煤体热量积聚的主要影响因素和采空区上覆岩层的离层断裂进行分析，给出了岩层在弯曲下沉时多表现为单层或层簇(几层)运动特征。将覆岩离层破坏时空规律的影响因素划分为两大类：第一类为地质条件因素，主要包括覆岩岩性的软硬度、互层特征、厚硬岩层的存在与否及其位置、非沉积岩的存在形式、地质构造等；第二类为开采技术条件，主要包括开采
太原理工大学硕士研究生学位论文
方法、深厚比、煤层埋藏倾角、采空区尺寸、工作面推进速度
等。
最后将煤层自燃理论和采煤沉陷理论有机的结合在一起进
行研究，探讨了煤层自燃引起覆岩破坏及地表移动的规律，提
出了煤层自燃引起覆岩破坏的分区和分带，同时将开采速度和
自燃速度对覆岩破坏与地表移动的影响进行了比较，认为煤层
自燃也是加剧地表移动变形的主要因素之一。
The spontaneous combustion of coal seam is one of five big disasters in coal mine. It results in a series problem of economy, environment and zoology, in this course, losing a large of coal resources, releasing a lot of poisonous and harmful air, destructive the surface and endangering safety production of mine and so on.
However the study of the spontaneous combustion of coal seam causing surface subsidence deformation is very little, so the paper tries to study the problem. Starting with the course of coal heat convergency, by the thermodynamics, heat transfer theory and the convergency and dissipation heat model, analyses factors of the coal heat convergency and the separated strata fracture of overlying rock over gob, gives out single or more terrane movement character of rock bend subsidence. The influencing factor on the law of the overlying rock separated strata destruction is sorted two classes, the one is geologic condition including rock's hardness, interbed feature, hard large's existence and its position, existence form of
insedimentary rock, geology structure ect. The other is mining technical conditions including mining method, the ratio of depth and thickness, obliquity of coal seam, size of mining dummy and mining speed and so on.
Finally it studys the theroy of spontaneous combustion of coal seam combines with mining subsidence, and analyses the low of the overlying rock destruction and surface subsidence deformation, put forward the subarea and zone of overlying rock destruction by spontaneous combustion of coal seam. At same time, it compares the pace of mining with spontaneous combustion, thinks it is the one of primary factor of accelerating the surface subsidence.
引文
【1】 徐精彩，煤层自燃危险区域判定理论，煤炭工业出版社，2001年
【2】 刘高文，煤自燃特性参数研究及应用，硕士学位论文，西安科技学院，2002年5月
【3】 王献辉，极软岩、易自燃厚煤层综放面开采及支护技术研究，硕士学位论文，辽宁工程技术大学，2002年1月
【4】 黄乐亭，开采沉陷力学的研究与发展，煤炭科学技术，2003年2月，第31卷第2期
【5】 郭达志，开采沉陷及其防治，四川测绘，1999年，第22卷第2期
【6】 赵德深，煤矿区采动覆岩离层分布规律与地表沉陷控制研究，博士学位论文，辽宁工程技术大学，2000年7月
【7】 康建荣，王金庄，采动覆岩力学模型及断裂破坏条件分析，煤炭学报，2002年2月，第27卷第1期
【8】 刘宝琛、廖国华，煤矿地表移动的基本规律，中国工业出版社，1965年
【9】 邓军，徐精彩，陈晓坤，煤自燃机理及预测理论研究进展，辽宁工程技术大学学报，2003年8月，第22卷第4期
【10】 惠兰启，煤炭自然发火内在原因及最短发火期，江西煤炭科技，1999年，第1期
【11】 文虎，许满贵，王振平等，地温对煤炭自燃的影响，西安科技学院学报，2001年3月，第21卷第1期
【12】 DENG Jun, XU Tong-mo, XU Jing-cai, Analysis of the danger zone liable to spontaneous ignition around coal roadway at fully mechanized long-wall top-coal caving face, JOURNAL OF COAL SCIENCE AND ENGINEERING, Vol.8 No2,
Dec.2002
【13】 Ogunsola, Olayinka I, Mikula, Randy J, Study of spontaneous combustion characteristics of Nigerian coals Fuel v70 n2 Feb 1991
【14】 郭兴明，徐精彩，邓军等，地温在煤自燃过程中的作用分析，煤炭学报，2001年4月，第26卷第2期
【15】 梁晓瑜，王德明，水分对煤炭自燃的影响，辽宁工程技术大学学报，2003年8月，第22卷第4期
【16】 王海桥，煤炭中水分对自燃的影响分析，中州煤炭，1994年第1期
【17】 徐精彩，文虎，邓军等，煤自燃极限参数研究，火灾科学，2000年4月，第9卷第2期
【18】 邓军，徐精彩，徐通模等，煤自燃性参数的测试与应用，燃料化学学报，2001年12月，第29卷第6期
【19】 徐精彩，邓军等，实际条件采空区浮煤自燃影响因素分析，西安矿业学院学报，1998年，18期(增刊)
【20】 吴立新，胡世彬，山区厚硬覆岩条件下采动损害特征，水文地质工程地质，1994年第三期
【21】 阎阏国，赵立武，断层对开采移植参数的影响，徐煤科技，1997
【22】 邹友峰，马伟民，条带开采尺寸设计及其地表沉陷的研究现状，中州煤炭，1993
【23】 李德海，高木福，开采速度与地表移动变形的关系探讨，煤炭科学技术，1996年6月第24卷第6期，P52-P55
【24】 Smith, A.C, Spontaneous combustion studies of coal, 1984.Pual by Combustion Inst, Pittsburgh, PA, USA
【25】 Nordon, P Spontaneous combustion interactive heat and mass transfer driven by a chemical reaction Third Australasian Conference on Heat & Mass Transfer
St.Leonards, Aust. 1985
【26】 Gouws, M.J, Gibbon, O J, Wade.L.I, Philips.H.R, Adiabatic apparatus to establish the spontaneous combustion propensity of coal, Mining science & technology v13 n3 Dec 1991
【27】 Smith, A.C, miron, Y, Lazzara, C.R, Large-scale studies of spontaneous combustion of coal, Rept of investigations/1991 NTIS No:PB92-178078/HAD
【28】 kratcsch, H, Mining Subsidence Engineering Springer verlag, Berlin, 1983
【29】 北京开采所，煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用，煤炭工业出版社，1981年
【30】 李德海，王文华，地表移动过程时间影响参数与覆岩岩性关系，矿山压力与顶板管理，2001年第2期
【31】 田景瑞，区域隆起构造是分析煤质带的依据，中国煤田地质，第9卷第2期，1997年6月
【32】 XIN Jian, LU Junfu, LU Jiliang, LIU Qing, YUE Guangxi, Fragmentation Behavior of the Large Particles during Coal Combustion in Fluidized Bed, JOURNAL OF BASIC SCIENCE AND ENGINEERING, VOl.10, No.2 June 2002, P182-P189
【33】 李凤明，重复采动条件下地表移动参数变化机理及移动盆地特点，煤炭科学技术，第26卷第2期，1998年2月，P43-P46
【34】 何万龙，山区地表移动规律及变形预计，山西矿业学院学报，1985年2月
【35】 太原理工大学，太原西山矿区采煤沉陷治理工作领导小组办公室，太原市西山矿区采煤沉陷受损情况报告，2003年11月
【36】 山西省地质环境监测中心，山西省大同市峰子涧地区煤层自燃灾害勘查报告，2002年5月
【37】 太原理工大学，太原西山矿区采煤沉陷治理工作领导小组办公室，太原市西
山矿区采煤沉陷情况调查报告，2003年11月
【38】 刘洪福，白春明，舒祥泽，用测氡技术探测煤矿地下火区的研究，煤炭学报，第22卷第4期，1997年8月
【39】 刘洪福，程小平，白春明，测氡技术在探测地下火区范围中的应用，物探与化探，1997年2月，第21卷第1期
【40】 康建荣，王金庄，温泽民，采动覆岩动态下沉速度规律的相似模拟研究，太原理工大学学报，2000年7月，第31卷第4期
【41】 曾凡桂，煤炭自燃的煤岩学研究，山西矿业学院学报，1992年6月，第10卷第2期，P131～138
【42】 Salamon, M.D.G, Elastic analysis of displacements and stresses induced by the mining of seam or roofdeposls, J.S.Afr lust.Metall. 1963,Vol.63
【43】 Kratcsch, H, Mining Subsidence Engineering Springer Verlag, Berlin 1983
【44】 C.A.Tang and P.K.Kaiser, numerical Simulation of cumulative damage and seismic energy release during brittle rock failure part Ⅰ Ⅱ: Fundamental Lint.Rock.And Min.Sc. 1998(2)
【45】 http://www.coalinfo.com.cn
【46】 http://www.chinacoal.gov.cn
【47】 http://www.chinamining.com.cn
【2】 刘高文，煤自燃特性参数研究及应用，硕士学位论文，西安科技学院，2002年5月
【3】 王献辉，极软岩、易自燃厚煤层综放面开采及支护技术研究，硕士学位论文，辽宁工程技术大学，2002年1月
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【19】 徐精彩，邓军等，实际条件采空区浮煤自燃影响因素分析，西安矿业学院学报，1998年，18期(增刊)
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【21】 阎阏国，赵立武，断层对开采移植参数的影响，徐煤科技，1997
【22】 邹友峰，马伟民，条带开采尺寸设计及其地表沉陷的研究现状，中州煤炭，1993
【23】 李德海，高木福，开采速度与地表移动变形的关系探讨，煤炭科学技术，1996年6月第24卷第6期，P52-P55
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St.Leonards, Aust. 1985
【26】 Gouws, M.J, Gibbon, O J, Wade.L.I, Philips.H.R, Adiabatic apparatus to establish the spontaneous combustion propensity of coal, Mining science & technology v13 n3 Dec 1991
【27】 Smith, A.C, miron, Y, Lazzara, C.R, Large-scale studies of spontaneous combustion of coal, Rept of investigations/1991 NTIS No:PB92-178078/HAD
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【30】 李德海，王文华，地表移动过程时间影响参数与覆岩岩性关系，矿山压力与顶板管理，2001年第2期
【31】 田景瑞，区域隆起构造是分析煤质带的依据，中国煤田地质，第9卷第2期，1997年6月
【32】 XIN Jian, LU Junfu, LU Jiliang, LIU Qing, YUE Guangxi, Fragmentation Behavior of the Large Particles during Coal Combustion in Fluidized Bed, JOURNAL OF BASIC SCIENCE AND ENGINEERING, VOl.10, No.2 June 2002, P182-P189
【33】 李凤明，重复采动条件下地表移动参数变化机理及移动盆地特点，煤炭科学技术，第26卷第2期，1998年2月，P43-P46
【34】 何万龙，山区地表移动规律及变形预计，山西矿业学院学报，1985年2月
【35】 太原理工大学，太原西山矿区采煤沉陷治理工作领导小组办公室，太原市西山矿区采煤沉陷受损情况报告，2003年11月
【36】 山西省地质环境监测中心，山西省大同市峰子涧地区煤层自燃灾害勘查报告，2002年5月
【37】 太原理工大学，太原西山矿区采煤沉陷治理工作领导小组办公室，太原市西
山矿区采煤沉陷情况调查报告，2003年11月
【38】 刘洪福，白春明，舒祥泽，用测氡技术探测煤矿地下火区的研究，煤炭学报，第22卷第4期，1997年8月
【39】 刘洪福，程小平，白春明，测氡技术在探测地下火区范围中的应用，物探与化探，1997年2月，第21卷第1期
【40】 康建荣，王金庄，温泽民，采动覆岩动态下沉速度规律的相似模拟研究，太原理工大学学报，2000年7月，第31卷第4期
【41】 曾凡桂，煤炭自燃的煤岩学研究，山西矿业学院学报，1992年6月，第10卷第2期，P131～138
【42】 Salamon, M.D.G, Elastic analysis of displacements and stresses induced by the mining of seam or roofdeposls, J.S.Afr lust.Metall. 1963,Vol.63
【43】 Kratcsch, H, Mining Subsidence Engineering Springer Verlag, Berlin 1983
【44】 C.A.Tang and P.K.Kaiser, numerical Simulation of cumulative damage and seismic energy release during brittle rock failure part Ⅰ Ⅱ: Fundamental Lint.Rock.And Min.Sc. 1998(2)
【45】 http://www.coalinfo.com.cn
【46】 http://www.chinacoal.gov.cn
【47】 http://www.chinamining.com.cn