含瓦斯风流对高瓦斯易自燃煤体自燃氧化特性的影响及机理研究

本项目拟采用实验研究、理论分析、数值模拟相结合的技术路线。通过实验研究，掌握含不同瓦斯浓度漏风流对煤体自燃氧化过程的作用规律，根据实验结果和理论分析，确定含有不同瓦斯浓度供风流条件下防治煤体自然氧化的氧气浓度及其它相关自然氧化过程参数（CO浓度、烷烃类气体浓度等）的指标；通过研究防止采空区遗煤自然发火的瓦斯抽采参数，得出卸压瓦斯抽采参 数与采空区遗煤自然氧化过程参数的相互关系；结合高瓦斯易自燃矿井的实际情况，通过数值模拟，提出既有利于进行瓦斯抽采又能有效地预防采空区遗煤自燃的相关参数和综合技术体系。通过本项目研究为解决同时具有瓦斯和自燃灾害矿井的耦合治理提供了一条新的技术途径，而且在高瓦斯易燃煤层的瓦斯与自燃耦合防治理论研究领域具有非常重要的学术价值，并对高瓦斯易自燃灾害矿井实现安全高效开采具有重大现实意义。

本项目建立了含瓦斯风流对煤自燃氧化实验台和立体瓦斯抽采实验台；利用色谱仪和红外光谱仪，得出高瓦斯易自燃煤体在含瓦斯风流作用下的温度、氧化生成物及各种氧化过程自由基的变化规律；研究了各种通风及瓦斯抽采方式条件下采空区流场特征及瓦斯和氧气浓度场的变化规律，分析了各种通风及瓦斯抽采方式对采空区自燃火灾的影响；建立了高瓦斯易自燃煤层采空区自然发火预测预报指标以及防治煤自燃的瓦斯抽采基本原则。创新成果：①通过测温取样分析及红外离子分析发现，含瓦斯风流对煤体自燃氧化存在明显的“滞后效应”，氧化时间延长，相同温度氧化指标产物下降，按照正常指标会出现误报和延误事故处理时机；②通过含瓦斯的多元混合气体与煤体的吸附解吸实验、氧化升温实验和红外光谱实验，所测定的各气体吸附量、氧化升温过程的气体成分和红外光谱的氧化生成各种自由基离子成分大小表明：含瓦斯风流的多元气体与煤体的氧化过程包括竞争的物理吸附、煤对氧分子的化学吸附和化学反应过程，从而创建含瓦斯风流对煤体自燃氧化过程各种生成物的反应方程和自燃机理；③实验得出，尾巷有利于解决工作面上隅角瓦斯积聚问题，但会增加尾巷附近的自燃危险性；高抽巷有利于解决邻近层瓦斯问题，但会增加漏风和采空区深部自燃危险性；偏Y型不适合于易自燃煤层；E和E+I型适合于超长工作面。④ 创建了高瓦斯易自燃采空区划分自燃三带的O2/N2比指标。⑤创建了高瓦斯易自燃采空区自然发火预测预报指标以及防治煤自燃的瓦斯抽采基本原则。本研究成果不仅有重大的学术价值，而且有巨大的现场推广应用价值。