淺埋藏近距離煤層群開採煤炭自燃防治理論與技術基礎

《淺埋藏近距離煤層群開採煤炭自燃防治理論與技術基礎》是依託中國礦業大學，由秦波濤擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：淺埋藏近距離煤層群開採煤炭自燃防治理論與技術基礎
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：秦波濤
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

針對西部礦區煤層易自燃、埋藏淺、間距近、基岩薄等特點，研究上覆採空區遺煤浸水風乾條件下的自燃特性及其差異的內在機制，提出浸水煤體風乾後氧化過程中的預警指標；研究淺埋藏近距離煤層群開採覆岩采動裂隙發育演化特徵、漏風規律及煤自燃氣體產物在大採空區的運移特徵，形成近距離複合採空區煤自燃火源區域判定的方法；研究近距離複合採空區氣壓動態平衡理論，無機固化泡沫和稠化砂漿的堵漏、流動與防滅火特性，大流量液氮（二氧化碳）在鬆散煤岩體內的傳熱傳質及擴散運移特徵，構建以控風、堵漏與快速惰化降溫為一體的淺埋藏近距離煤層群開採煤自燃防治的綜合方法。通過本項目研究，建立以浸水風乾煤體的自燃特性為基礎、以覆岩采動裂隙漏風規律為前提、以多種防滅火方法為手段的淺埋藏近距離煤層群開採煤自燃防治理論與方法，為有效防治西部礦區煤自然發火、保障其千萬噸礦井群的安全高效開採提供理論指導和技術支撐。

結題摘要

本項目研究了浸水溶脹煤風乾條件下煤的自燃過程及特性。系統地開展了長期浸水煤風乾過程中自燃特性的研究，揭示了標誌性氣體、交叉點溫度、初始放熱溫度等參數的變化規律，發現了浸水煤風乾過程中存在較原煤更易自燃的水份區間，掌握了煤自燃的熱動力學變化過程和自然發火期，提出了浸水煤風乾過程中的煤自燃預警指標；研究了浸水風乾過程對煤物理和化學結構的影響，分析了孔隙結構、官能團、自由基與氧化產物和熱變化的相互轉化關係，揭示了浸水溶脹煤風乾過程引起煤自燃特性差異的內在機制。 研究了近距離複合採空區覆岩裂隙漏風及煤自燃氣體運移規律。以神東礦區淺埋藏近距離煤層群為研究對象，通過地表裂隙和漏風實測以及相似模擬實驗，構建了採空區裂隙-孔隙模型，揭示了淺埋藏近距離煤層群開採上覆岩層采動裂隙的時空演化規律、煤層群複合採空區的形成及裂隙二次發育規律，掌握了採空區上部覆岩主要漏風通道分布特徵及下煤層開採時上覆採空區氧氣濃度分布規律，為淺埋藏近距離煤層群開採的煤自燃防治提供理論依據。 研究了淺埋藏近距離煤層群採空區堵漏控風及快速惰化降溫方法。研製出基於抑制和消除煤中活性結構的含保水和化學阻化功能的複合阻化劑，發明了以粉煤灰和水泥為基材的高倍數低成本無機固化泡沫防滅火技術及裝置，研發了強擴散、高堆積、具有成膜功能的凝膠泡沫材料，揭示了液氮在採空區的擴散運移規律。集成創新了堵漏控風、阻化隔氧、惰化降溫的井上下聯動防滅火技術體系，解決了淺埋近距煤層群複合採空區煤自燃防治的難題，取得了顯著的經濟和社會效益。 本項目在國內外學術期刊上發表學術論文45篇（SCI檢索36篇，JCR一區和二區共26篇），出版學術專著2部；授權美國等國際發明專利15項，中國發明專利15項；獲省部級一等獎1項、二等獎1項；多次參加國際學術會議並作大會報告；培養了博士6人，碩士20人。