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回采巷道煤柱隐蔽火灾发生机理研究

张志科  
【摘要】:开滦东欢坨煤矿南一采区9号煤层为自燃煤层,在2394工作面巷道掘进过程中出现裂隙以及变形破坏等问题并且发现煤柱内高温氧化产生了大量CO,严重影响了煤矿的安全生产。但是由于煤柱火灾具有一定地隐蔽性,其位置通常很难被发现,给治理带来了一定的困难。因此,本论文针对东欢坨煤矿特点,探究回采巷道煤柱隐蔽火灾发生的原因,对防治煤柱火灾、保障矿井安全生产具有重要意义。针对东欢坨煤矿现场实际情况,采用理论分析、数值模拟、相似材料模拟实验就采区12_(-1)煤层2322工作面进行回采期间对斜上方9煤层2394工作面巷道煤柱裂隙的发育过程及变形破坏展开对煤柱自燃地深入研究。通过建立以东欢坨2394工作面回采巷道煤柱为研究对象的数值模拟模型,分析了2322工作面开采的过程中斜上方2394工作面回采巷道煤柱的应力场与位移场变化特征,同时对两煤层时空关系进行了分析计算得出2322工作面开采冒落带与裂隙带高度以及下山边界所影响的范围,研究表明在下煤层2322工作面开采过程中会对2394工作面回采巷道煤柱形成明显的拉张区,导致上煤层煤柱裂隙发育以及变形破坏。运用相似材料模拟实验分析了东欢坨煤矿12_(-1)煤层2322工作面回采过程中对其斜上方2394工作面回采巷道煤柱造成的影响,研究结果表明受采动影响顶板岩层的大面积断裂下沉,其垮落带和裂隙带对斜上方的煤柱产生了影响,改变了煤柱的受力状态,导致煤柱裂隙发育并伴有向内部扩张的趋势。综合相似材料模拟实验与FLAC3D数值模拟以及现场实际情况结果表明:在采动影响下煤柱发生变形破坏并且伴有大量的裂隙产生,由于井下氧气不断地渗透进裂隙中,为煤柱自燃提供了前提条件。最后从东欢坨煤矿2394工作面巷道煤柱具有隐蔽火灾实例中,采取浅部注水与喷浆等措施取得了不错得效果,使CO得到有效的控制,保障了矿井的安全生产。该研究成果为矿井类似情况提供了理论参考,对矿井类似隐蔽火灾的防治工作具有一定指导意义。


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