沿空侧碎裂煤柱耗氧升温的特征研究及应用
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摘要
针对高瓦斯易自燃煤层采煤工作面沿相邻采空区侧碎裂煤柱因自巷道漏风造成的自然发火问题,论文以南山矿18层5分段工作面回风巷为研究背景,基于动量、热量和质量在饱和多孔介质中传递关系建立破碎煤体内部热流耦合三维数学及物理模型。二维、三维模型解算结果表明：氧气从模型始边界向周边破碎煤体渗流,渗流影响沿走向逐渐减弱；破碎煤体内部高温区位于距漏风边界一定距离区域内,升温幅度与煤体破碎程度、巷道风速成正比。从模型始边界附近实施喷浆后氧气渗流影响减弱,影响初始高温区温度发展,在喷浆段末端重新出现高温区,但温度数值较喷浆前降低；喷浆配以注氮措施防火效果最好。依据模型所设边界条件,30m喷浆距离配以10m3/min注氮至少可保证100m长度碎裂煤柱不发生自燃。理论所得结论与现场数据采集结果基本一致。研究成果为现场掌握煤柱自燃升温规律、制订相应防火措施提供理论支持。
For spontaneous combustion problem in broken pillar caused by air leakage from roadway in gassy and easily spontaneous combustible coal mines, this paper took air return roadway of18-5face in Nanshan Coal Mine as research object. The transient relationship of mass, energy and momentum in the saturated porous media are used in establishing the3D heat-flow coupling mathematical model in broken coal. The solved results of2D and3D reveal that the oxygen transient into coal from inlet and this influence decreases along with depth. The high temperature region exists in the region which has a certain distance from leakage boundary and the heat up range increase follows increasing porosity and air velocity. The oxygen seepage recedes after plugging in the inlet, and then affects the temperature scope. There is another high temperature zone on the bottom of plugging region but the temperature is lower than the original. The best fire prevention effect is gained by combined measurement which includes plugging and nitrogen injection. According to the boundary conditions for this model,30m plugging plus nitrogen injection with lOnrVmin flux can guarantee no fire happening in100m long roadway at least. Comparison between theoretical and experimental conclusion is favorable. The research thread and research procedure can help site staff deepen understanding of the heat up and cooling law of broken coal and be referenced for the safety work for spontaneous combustion protecting.
For spontaneous combustion problem in broken pillar caused by air leakage from roadway in gassy and easily spontaneous combustible coal mines, this paper took air return roadway of18-5face in Nanshan Coal Mine as research object. The transient relationship of mass, energy and momentum in the saturated porous media are used in establishing the3D heat-flow coupling mathematical model in broken coal. The solved results of2D and3D reveal that the oxygen transient into coal from inlet and this influence decreases along with depth. The high temperature region exists in the region which has a certain distance from leakage boundary and the heat up range increase follows increasing porosity and air velocity. The oxygen seepage recedes after plugging in the inlet, and then affects the temperature scope. There is another high temperature zone on the bottom of plugging region but the temperature is lower than the original. The best fire prevention effect is gained by combined measurement which includes plugging and nitrogen injection. According to the boundary conditions for this model,30m plugging plus nitrogen injection with lOnrVmin flux can guarantee no fire happening in100m long roadway at least. Comparison between theoretical and experimental conclusion is favorable. The research thread and research procedure can help site staff deepen understanding of the heat up and cooling law of broken coal and be referenced for the safety work for spontaneous combustion protecting.
引文
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