防灭火均压系统非稳定性研究及其应用毕业设计.docx

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1、防灭火均压系统非稳定性研究及其应用毕业设计目录摘要I目录I1绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外研究现状21.3 研究内容与方法62均压系统非稳定性分析及其调节72.1 均压防灭火技术的原理72.2 均压系统非稳定性分析82.3 均压系统的调节162.4 本章小结193均压条件下采空区内CO渗流数值模拟213.1 采空区的多孔介质特性213.2 采空区CO渗流的数学模型 223.3 均压条件下采空区CO运移规律数值模拟283.4 本章小结354均压系统在综放工作面火区启封中的应用374.1 矿井概况374.2 6-201综放工作面火区概况394.3 自燃标志性气体研究414.4 防灭火

2、均压系统的建立444.5 火区启封及安全措施494.6 均压系统的运行及效果分析524.7 本章小结595结论与展望615.1 结论615.2 主要创新点626263错误!未定义书签。错误!未定义书签。错误!未定义书签。错误!未定义书签。5.3 展望，参考文献附录作者简历学位论文原创性声明学位论文数据集#ContentsAbstract错误!未定义书签。Contents V1 Introduction11.1 Background and Significance11.2 The Research Status at Home and Abroad21.3 Research Contents

3、and Method62 Instability Analysis and Regulating of the Even Pressure System72.1 Principle of Even Pressure for Fire Extinguishing Technology72.2 Instability Analysis of the Even Pressure System82.3 Regulating of Even Pressure System162.4 Summary193 Numerical Simulation of CO Flow in The Condition o

4、f Even Pressure213J Porous-Media Properties of Goaf213.1 Mathematical Model of CO Seepage in Goaf223.2 Numerical Simulation of CO Migration Rule in the Condition of Even Pressure 283.3 Summary354 The Application of Even Pressure Technology for Removing Seal of Fire Areain FulIy-Mechanized Mine Face3

5、74.1 General Situation of Mine374.2 General Situation of Fire Area394.3 Research of Spontaneous-Combustion Symbolic Gas414.4 Establishment of Even Pressure System for Fire Extinguishing444.5 Removing the Seal of Fire Area and Safety Measures494.6 Operation of Even Pressure System and Analysis of Eff

6、ect5245 Summary595 Conclusions and Prospects615.1 Conclusions615.2 Main Innovation625.3 Prospects62References63Appendix错误!未定义书签。Authors Resume错误!未定义书签。Declaration of Thesis Originality错误!未定义书签。Thesis Data Collection错误!未定义书签。#1绪论1绪论1 Introduction1.1.1 1 研究背景及意义(Background and Significance)煤炭是我国的主要能源，

7、在国民经济能源结构中占据很重要的位置，占我国一次性能源消费的70%以上川。随着国民经济的快速发展，煤炭的需求量越来越大，仅2009年我国原煤产量就超过了 30.5亿吨。在原煤产量快速增长的同时，必须保证矿井的安全高效开采。煤炭在生产过程中存在着水、火、瓦斯、煤尘、顶板五大自然灾害，其中矿井火灾在煤矿所有灾害中占的比例非常大,而煤炭自燃又是矿井火灾的主要形式。据国家安全监督管理局2002年统计，原国有重点煤矿全年共发火201次，其中52处矿井发生自燃火灾172次，18处矿井发生外因火灾29次，百万吨发火率为0.242。由于自燃火灾共封闭工作面64个，冻结煤量3225万吨，造成了多人死亡和上亿元的

8、经济损失。近年来,综采放顶煤技术得到大力的推广和应用,矿井生产逐步向高产高效集约化发展。但由于该方法冒落高度大、采空区遗留残煤多、漏风严重，使得矿井煤炭自燃火灾的严重性和危害性进一步升级3煤矿自燃火灾严重程度，根据井下位置不同表现也不同。根据统计资料，按采空区、巷道及其它地点分类，采空区自然发火次数占火灾总数的60%,巷道煤柱自然发火占29%,其它地点自然发火占11%。在采空区自燃火灾中，随煤层开采厚度的不同，自然发火频率也不一样。据统计中厚以下煤层的采空区内自燃火灾占采空区发火总数的16%,厚煤层和特厚煤层的采空区内自燃火灾次数占采空区发火总数的84%。在自燃火灾严重的矿井中，由于火区的长期

9、存在，封闭范围不断扩大，采用灌浆等灭火技术扑灭火区火灾时间长、费用高。而且在多煤层开采的矿井中，火区下的煤层不能开采，给矿井安全生产带来了很多问题，如采掘部署，生产线很长，用风地点多，通风阻力大，通风与自燃的矛盾不仅不能解决而且还有可能形成恶性循环，使矿井的自燃火灾越来越严重。因此，防止自燃火灾，特别是防止采空区内自燃火灾的发生，是避免煤矿火灾、保证安全生产的重点工作之一。煤矿自燃火灾的发生多是由于通风管理不善造成的，研究风与火的关系，处理好风与火的关系，是预防自燃火灾发生、减小火灾对通风系统的影响和抢险救灾期间确保矿井和人身安全的关键。均压防灭火技术就是处理风与火之间关系的一种防治煤炭自然发

10、火的措施。它是以“降压减风、管风防火、堵风防漏、以风治火”为主旨，达到利用通风技术防止采空区内遗煤自燃和扑灭采空区火灾的目的。与灌浆防灭火、注阻化剂防灭火、注埴气防灭火等技术相比，其具有工程量少、投资少、见效快等优点。因此，研究均压防灭火技术对防治煤矿自燃火灾1绪论有重大的理论和现实意义。1.2 国内外研究现状（The Research Status at Home and Abroad）1.1.2 自燃火灾防灭火技术研究现状（1）防止煤炭自燃的开拓开采技术煤矿防治煤炭自燃的实践证明：合理的开拓系统、巷道支护方式和开采方法对于防止煤炭自然发火起着决定性的作用。国内不少矿区的易自然发火矿井，通过

11、优化矿井开拓系统、改革巷道支护方式、采用合理的开采方法和先进的开采装备，实现了矿井漏风小、巷道高冒少、丢煤少和快速开采，从而改变了煤层易自然发火的被动局面。对于开采易自然发火的煤层，从防止自然发火的角度出发，对开拓、开采的要求是：最小的煤层暴露面、最大的煤炭回收率、最快的回采速度、易于隔绝的采区、正规的开采方式及合理的开采顺序。（2）预防性灌浆技术预防性灌浆在国内煤矿中应用很广泛，它是将水和不燃性固体材料（粘土、粉煤灰等）按一定比例制成泥浆，利用动压或静压，经由钻孔或输浆管路输送至矿井防灭火区域，以阻止煤炭氧化或扑灭已自燃的煤体。泥浆的作用是：将煤包裹起来，隔绝它与空气的接触；固体物充填于浮煤

12、和冒落的岩石缝隙之间形成再生顶板，增加了严密性，减少了漏风，对于厚煤层分层开采，有利于下分层的开采；对于已经自燃的煤炭有冷却作用网。（3）阻化剂防灭火技术阻化剂防灭火技术是20世纪60年代初发展起来的，在国内外一些矿井进行应用，取得了较好的效果。阻化剂也称阻氧剂，目前常用的阻化剂主要是一些无机盐类化合物，如氯化钙（CaCb）、氯化钠（NaCl）、氯化镁（MgCb）、水玻璃（NazSiCh）等。将其溶液喷洒在采空区的煤壁或浮煤上，具有阻止煤炭氧化和防止煤炭自燃的作用。其原理是：阻化剂水溶液吸附空气中的水分，并将水分覆盖在煤表面，阻塞煤表面的孔隙，隔绝空气。一些吸水性比较强的药剂可以使煤处于潮湿的

13、状态，从而在一定程度上抑制煤炭自燃。阻化剂和煤中的活性分子之间相互吸引，破坏了表面力场，提高了氧的活化能，减少了活性结构与氧之间的有效碰撞几率，使煤氧化作用速度受到抑制。阻化剂防灭火由于技术工艺简单，设备少，成本低，防火效果好等优点，在一些矿区得到了广泛的应用川。（4）惰性气体防灭火技术惰性气体防灭火技术是一项防治矿井自燃火灾行之有效的技术措施。目前可以被用作矿井防灭火的惰性气体主要有三种：二氧化碳（CO2）、燃烧产生的惰性气体和氮气（N2）。其中，氮气在防灭火中应用最多。早在19世纪中叶，比利时人就曾用二氧化碳成功地扑灭了矿井火灾。1953年，英国罗斯林矿用罐装氮气扑灭了井底车场附近的自然发

14、火；1962年，威尔土的费恩希尔矿将罐装的液氮气化后注入密闭采空区来扑灭矿井火灾。20世纪70年代以来，世界主要采煤国家相继采用和发展了氮气防灭火技术，取得了很大的成就。目前，西方诸采煤国家都把氮气作为常规的防灭火手段。我国从20世纪80年代初期，开始对氮气防灭火技术进行研究和实验，直到1989年，抚顺龙凤矿首次使用井上氮气厂生产的氮气，通过管路输送到综放工作面采空区防止遗煤自燃取得成功，我国的氮气防灭火工作才步入实施阶段进入21世纪以来，由于制氮装备和技术的不断发展，氮气防灭火技术作为综放工作面防止煤炭自然发火的一项重要措施，已经在国有重点煤矿获得了广泛的应用。(5)漏风封堵技术根据煤炭自燃

15、必须满足的四个条件可知，如果能够杜绝或者减少向易自燃区域的漏风，使煤低温氧化过程得不到足够的氧气，那么在一定程度上就能延长煤的自然发火期和防止煤炭自燃的发生。因此，漏风封堵是防治煤炭自燃的重要措施之一。目前，我国煤矿主要应用的漏风封堵技术有沿空巷道挂帘布、飞灰充填带隔绝采空区、水砂充填隔离采空区、夹缝密闭墙堵漏技术、喷射水泥砂浆或高惰泡沫堵漏技术和可塑性胶泥堵漏技术等。(6)各种凝胶防灭火技术20世纪70年代美国原矿山局评估了三种密封堵漏材料，评估结果显示胭尔胶凝胶是唯一的富有弹性、易于制备、适用于煤矿并且寿命较长的密封堵漏剂，且该凝胶的组分大部分是水，它可以熄灭或冷却其附近的煤炭自燃口叫1985年,原苏联的学者用水玻璃、硫酸铉以及水制成了凝胶溶液，并将其用于矿井采空区的防灭火，取得了较好的防灭火效果。