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我国煤炭资源多以井工综合机械化开采为主,由于地下矿井综采工作面的采空区面积变大,加之通风阻力大、漏风多等导致煤炭自燃的很多不利因素影响,矿井火灾防治难度大。因此,本文课题结合矿井实际安全问题,分析研究煤层自燃机理、煤层自然发火特征及其规律等矿井火灾防治的关键问题,对有效消除了矿井火灾威胁,保障矿井的安全高效生产的发展要求具有重要意义。 本文以内蒙古盈源玉川煤矿煤层易自燃的工程背景为研究对象,采用现场调研、理论分析、工程实践等研究手段,分析玉川煤矿煤层易自燃的发火特征规律,对矿井火灾成因、内外因火灾的防灭火系统进行剖析,研究并提出适合内蒙古盈源玉川煤矿的灌浆防灭火配合注氮气和喷洒阻化剂的综合防灭火技术,以实现综合防治矿井火灾的目的。本文研究主要内容及其结论如下: (1)从煤炭自燃机理入手,通过对煤样自燃特性、指标气体和自燃倾向性进行实验室分析,并揭示玉川煤矿易自燃煤层工作面采空区自然发火特点,分析认为:玉川煤矿主采煤层根据燃点测试成果本井田煤△T0值为91℃,煤层自燃倾向等级为容易自燃,矿井属于瓦斯但煤尘易爆炸危险。 (2)对玉川煤矿采空区内气体变化进行现场监测分析,认为:易自燃煤层在工作面后方采空区及其上下端头和破坏裂隙发育煤体裸露于空气中,随着放热反应的持续发生,由于工作面采空区规模大且破坏煤岩体导热效果差,工作面上下隅角位置基本变化情况差不多,上隅角CO(ppm)、CH4(%)、CO2(%)的气体浓度及温度略有偏高,工作面后方采空区破坏裂隙发育煤体的火灾隐患尤为突出。 (3)玉川煤矿煤层自燃倾向性等级为容易自燃,此次设计确定采用灌浆防灭火为主,注氮防灭火和喷洒阻化剂为辅的综合防灭火措施,随工作面回采对后方采空区进行灌浆防灭火,在工作面推进至60m左右采取注氮和喷洒阻化剂防灭火措施。 (4)通过玉川煤矿工作面布置测点监测,7天左右的采空区O2浓度下降至15%左右,采空区N2浓度维持在86%以上,采空区内CO气体浓度得以缓慢降低,CO和CH4浓度呈下降趋势;氧浓度随采空区深度的增加明显降低,最终稳定在3%左右,玉川煤矿采空区综合防灭火措施效果明显,保障了矿井综采工作面的顺利推进。