深部开采高温热液侵蚀煤自燃特性

深部开采过程中,矿井水温度显著高于浅部煤层,高温热液侵蚀作用影响着煤体物化特征,进而对其自然发火特性产生影响。为研究深部开采热液侵蚀作用下的煤自然发火特性及其影响机制,通过低场核磁共振、分子动力学模拟、力学测试及C600微量热实验,分析了热液侵蚀作用对煤体孔隙度、孔径分布、力学强度、氧化热特征参数的影响规律,并结合相关性分析,定量描述了各个参数间的相关度。研究结果表明:热液侵蚀煤体受热应力和溶胀作用的双重影响,内部孔隙结构发生显著变化,热液温度与煤体总孔隙度之间存在显著正相关关系,相关系数为0.97;随着热液温度的升高,煤体总孔隙度由0.24%增长至1.35%,微孔占比由69%以上降至60%以下,中孔、大孔占比增大;煤体孔隙大小显著影响着氧气的扩散系数,随着煤体孔隙宽度的线性增加,氧气扩散系数呈指数增加;受高温热液侵蚀作用影响,煤体孔隙发育以及部分有机质的溶解显著降低了煤体的力学强度,从原煤到80℃热液侵蚀煤体,其抗压强度均值由23 MPa降低至11.6 MPa,降低了50%;相较于原煤,热液侵蚀煤体的放热强度更高,放热量更大,TH40、TH50、TH60、TH70、TH80放热量分别增加了12.61%、16.63%、17.32%、19.36%和25.02%,热液温度与煤氧化放热量间相关系数为0.92。高温热液侵蚀作用显著影响着煤的孔隙度及氧化过程,随着热液温度升高,煤体孔隙度增大,力学强度减弱,氧化过程耗氧量及氧化速率加快,放热量增加。高温热液侵蚀煤具有更高的自燃危险性,且热液温度越高,风险越大。

被保护松软厚煤层工作面煤自燃危险性分析与防治技术

随着煤层开采深度逐渐增加,保护层开采成为有效降低被保护煤层瓦斯突出的关键方案,但易造成被保护煤层漏风严重,煤自燃危险性加剧。针对被保护煤层回采工作面采空区煤自燃综合防治问题,通过分析被保护煤层膨胀变形量、裂隙发育情况、采空区蓄热环境、层间立体漏风等危险扰动因素,确定了被保护煤层采空区煤自燃危险区域分布范围;现场采集工作面煤体,通过对煤体自燃产气与放热测试,获得了煤自燃特征参数;制定了自然发火多方位监控分级预警与立体化综合治理双重防治机制;采取了大规模灌浆封堵与凝胶充填密封由“整体”到“局部”的漏风封堵,及采空区危险区域预防性注氮与工作面联合均压防灭火“动静结合”的煤自燃防治措施。数值模拟分析及现场监测结果表明:被保护煤层采空区煤自燃得到有效抑制。