地下煤火空間特性及治理過(guò)程管理方法研究.pdf

1、地下煤火是地下破碎煤體發(fā)生煤氧復(fù)合作用而形成一定規(guī)模的燃燒,并能夠影響環(huán)境的煤自燃現(xiàn)象。燃空區(qū)冒落巖體孔隙、覆巖裂隙、地表裂隙是煤層自燃的漏風(fēng)供氧、煙氣和熱量逸散通道,是煤氧復(fù)合、蓄熱升溫、高溫燃燒的重要影響因素,決定著煤火燃燒空間的氣體濃度場(chǎng)、流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布。因此,研究地下煤火空間空隙率的分布及變化規(guī)律對(duì)掌握地下煤火發(fā)生、發(fā)展過(guò)程的熱、質(zhì)傳遞規(guī)律尤為重要。
　　本文基于巖體結(jié)構(gòu)的“砌體梁”力學(xué)模型、巖層板破斷理論和隨機(jī)介質(zhì)移動(dòng)

2、理論,構(gòu)建了地下煤火空間空隙率的分布模型,包括燃空區(qū)冒落巖體孔隙率的連續(xù)和隨機(jī)離散化非均質(zhì)分布模型、由離層裂隙和破斷裂隙組成的覆巖裂隙空隙率的豎向不連續(xù)具有各向異性的非均質(zhì)分布模型和地表裂隙率的隨機(jī)介質(zhì)統(tǒng)計(jì)模型,揭示了煤火空間空隙率的三維分布及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。結(jié)合實(shí)例研究發(fā)現(xiàn)燃空區(qū)淺部及邊緣側(cè)對(duì)應(yīng)的冒落巖體、覆巖裂隙、地表裂隙空隙率大(分別高達(dá)0.55、0.6、0.3),燃燒系統(tǒng)的熱質(zhì)傳遞通道大多分布于此,且煤火多發(fā)生于此,而中間區(qū)域空隙

3、率小;煤火空間邊界及埋深淺部覆巖裂隙以破斷裂隙為主,而內(nèi)部及埋深深部覆巖裂隙以離層裂隙為主;由于覆巖破斷下沉的不協(xié)調(diào)性,在燃空區(qū)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)覆巖裂隙空隙率豎向變化分界點(diǎn)(分界點(diǎn)一側(cè)空隙率隨覆巖遠(yuǎn)離煤層而降低,而另一側(cè)則升高),且分界點(diǎn)在燃空區(qū)的深度由大到小的排序?yàn)殡x層裂隙空隙率、總空隙率和破斷裂隙空隙率;已發(fā)育完全的裂隙隨著時(shí)間推移呈負(fù)指數(shù)形式衰減,且隨著煤層燃燒速度的增加,其衰減速度逐漸增大,而未發(fā)育完全的裂隙則先增大后衰減;隨著煤層燃燒

4、,與燃燒發(fā)展方向平行的地表裂隙逐漸沿燃燒發(fā)展方向延伸,而與燃燒發(fā)展方向垂直的裂隙則逐漸閉合,同時(shí)在燃燒區(qū)域的超前位置生成新的與燃燒發(fā)展方向垂直的地表裂隙。
　　基于煤巖體的塑性屈服理論,并結(jié)合燃燒煤層煤樣的熱重分析技術(shù)和燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論,提出了一種地下煤火火區(qū)發(fā)展速度的概略計(jì)算方法,并實(shí)例計(jì)算得到新疆奎屯安集?；饏^(qū)的發(fā)展速度為0.16 m/d。
　　構(gòu)建了內(nèi)嵌模糊層次分析法火區(qū)態(tài)勢(shì)分級(jí)、層次分析法滅火技術(shù)優(yōu)選、模糊綜合法治