电厂烟气注入采空区对遗煤自燃影响的数值模拟研究

摘要

采空区遗煤自燃是威胁矿井安全生产的主要灾害之一，在综放工作面通常采用以注氮为主的综合防灭火措施进行预防。近年来，我国煤电一体化建设中形成了大量坑口电厂，其烟道气体作为燃烧产物，氧气含量较低，若通过管路直接注入井下用于预防采空区煤炭自燃，可避免由于制氮造成的能源浪费，为企业节省大量资金，同时实现电厂烟气的减量化、无害化、资源化处理。因此，本文结合塔山坑口电厂及8105大采高综放工作面实际，开展电厂烟气注入采空区对遗煤自燃影响的模拟研究。
　　本文基于惰气防灭火理论，从电厂烟气的来源、成分组成及理化性质出发，对电厂烟气的注入量限值和惰化能力进行了定性分析;结合大采高综采放顶煤回采方式和煤层赋存条件，分析了8105综放工作面自燃隐患存在特征，采用现场实测的方法对工作面漏风及自燃“三带”进行了研究;根据流体力学基本理论，构建了采空区遗煤自燃三维多场耦合解算模型，提出了各关键参数的确定方法，并根据现场实测结果完成了数值反演，验证了模型可靠性，完成了高抽巷导通前后采空区自燃危险区域的划分;模拟分析了不同含氧量电厂烟气在不同位置注入时采空区流场、氧浓度场和温度场的变化规律，以采空区遗煤最高温度和窒息带边界位置为综合评价标准，确定了合理的电厂烟气注入参数区间。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 自然发火防治技术研究现状

1．2．2 情气防灭火技术研究现状

1．2．3 采空区遗煤自燃及防灭火数值模拟研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究方法及技术路线

2 电厂烟气防灭火理论及技术

2．1 电厂烟气来源及成分分析

2．1．1 电厂烟气来源与用量

2．1．2 电厂烟气成分分析

2．2 电厂烟气防灭火原理

2．3 电厂烟气注入工艺系统及技术指标

2．3．1 电厂烟气防灭火工艺系统

2．3．2 注入方式与工艺

2．3．3 电厂烟气防灭火惰化指标

2．4 电厂烟气防灭火技术评价

2．5 本章小结

3 8105综放工作面自燃规律的现场测定

3．1 工作面概况及自然发火特点

3．2 8105综放工作面漏风量测定

3．2．1 采空区漏风原理其危害性

3．2．2 工作面漏风测定

3．2．3 工作面漏风数据及分析

3．3 工作面自燃“三带”测定

3．3．1 束管监控系统布置

3．3．2 氧浓度实测数据及分析

3．4 本章小结

4 采空区遗煤自燃三维多场耦合模型构建

4．1 采空区遗煤自燃三维多场耦合解算模型

4．1．1 流场控制模型

4．1．2 多组分扩散模型

4．1．3 温度场模型

4．1．4 湍流模型

4．2 物理模型及参数确定

4．2．1 物理模型及网格划分

4．2．2 采空区遗煤自燃影响参数确定

4．2．3 边界条件

4．3 8105工作面自燃危险区域模拟分析

4．3．1 漏风流场分析

4．3．2 氧浓度场分析

4．3．3 温度场分析

4．4 本章小结

5 电厂烟气注入对遗煤自燃影响的模拟分析

5．1 电厂烟气注入对流场的影响及扩散影响区域分析

5．1．1 电厂烟气注入对流场的影响

5．1．2 电厂烟气运移与惰化区域分析

5．2 电厂烟气注入对这煤自燃“三带”的影响

5．2．1 电厂烟气含氧量对“三带”的影响

5．2．2 注入位置对“三带”的影响

5．2．3 电广烟气注入对“三带”影响的量化分析

5．3 电厂烟气注入对温度场影响

5．3．1 电厂烟气含氧量对温度场的影响

5．3．2 注入位置对温度场的影响

5．3．3 电厂烟气注入对温度场影响的量化分析

5．4 综合评价标准下电厂烟气注入参数确定

5．5 本章小结

结论

展望

参考文献

作者简历

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