摘要
随着我国煤炭资源的不断开发，煤层中的瓦斯与煤自燃问题日益突出，瓦斯抽采技术能够有效解决采空区瓦斯积聚问题，可以减少工作面瓦斯涌出，采空区注氮能够减小煤自燃发生的可能性。而瓦斯与煤自燃复合灾害防治相互影响、相互制约，瓦斯抽采可能使采空区漏风更为复杂，综放采煤会在采空区遗留大量浮煤，这可能会导致煤自燃，进而引发瓦斯爆炸。因此，对于严重受到瓦斯和煤自燃复合灾害威胁的矿井，应采取瓦斯与煤自燃复合灾害共同防治的措施。 本文以永定庄煤矿8102工作面为研究背景，针对3-5#煤层瓦斯浓度高且自燃的特性，为解决采空区瓦斯与遗煤自燃的问题，通过煤层自燃特性参数实验研究了煤的自燃氧化特性，利用FLUENT数值模拟软件研究了瓦斯抽采和注氮技术参数对采空区瓦斯和O2浓度分布的影响，并确定了瓦斯抽采与注氮技术的最佳参数。基于以上研究成果，最终构建了适用于8102工作面的综合防治技术体系，以确保生产过程的安全、稳定和高效开采。主要研究成果如下： （1）在煤层自燃特性参数实验过程中，CO气体最早在40℃开始出现，90℃~120℃时CO体积分数增长速度加快，120℃之后CO体积分数增长速度进一步加快；C2H6气体首次出现在130℃时，煤温达到160℃后，C2H6的生成量显著增长；C2H4气体首次出现的温度是140℃，当煤温达到170℃后，C2H4气体浓度上升明显，确定CO、C2H4和C2H6气体可以作为煤自然发火指标气体，烯烷比C2H4/C2H6可协助煤自然发火预测，永定庄煤矿3-5#煤自燃氧化的临界温度为130℃~140℃，干裂温度为160℃~170℃，可指导预测预报采空区遗煤氧化自燃。 （2）通过数值模拟研究瓦斯抽采参数和注氮参数对采空区瓦斯、O2浓度分布的影响规律，确定顶抽巷抽采流量设置为600m3/min比较合适，注氮位置设置在距工作面60m处效果较好，注氮流量设置应设置为1000m3/h。 （3）构建了8102工作面采空区瓦斯与煤自燃复合灾害综合防治技术体系，并对应用效果进行了考察。结果表明，上隅角和回风流瓦斯最高浓度分别为0.58%和0.46%，平均浓度分别为0.49%和0.33%，上隅角CO最高浓度为9ppm，平均浓度为6.4ppm，回风流CO最高浓度为4ppm，平均浓度为2.1ppm，验证了数值模拟结果中瓦斯抽采与注氮参数的科学合理性，并实现了8102工作面瓦斯与煤自燃复合灾害的综合防治。
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