采空区气体分析组成及运移规律.pdfVIP

1前言

把数值模拟和实验研究有机的结合在一

起，对采空区内瓦斯爆炸特性及影响因素进行研究。主要有以下几个方面探讨

(1)采空区多组分气体产生及聚积规律根据采空区气体运移规律，分析采

空区有源有汇的气体运移及在不同温度下的释放规律。

(2)采空区多组分气体爆炸特征及主要影响因素搞清采空区CH、与多种可

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燃性气体共存条件下的多元瓦斯爆炸特征及其主要影响因素。

(3)运用FEMLAB软件对采空区多组分气体的爆炸进行模拟。

瓦斯爆炸是以CH爆炸为主，多组分气体是指以CH为主要成分的各种可燃

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性气体总和，除有CH外还包括CO，CO，H和N等气体。但由于时间有限，

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本文中仅考虑了CH气体对瓦斯爆炸的影响，所以文中所指的多组分气体主要就

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是CH气体。

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2采空区多组分气体产生及聚积规律

2.1采空区多组分气体的来源

采空区多组分气体主要有三个来源:

(1)采空区煤层吸附瓦斯;

(2)煤氧化过程中产生的可燃性气体;

(3)煤高温热解所产生的气体。

采空区瓦斯主要来源于以下几部分，即围岩瓦斯涌出、没有开采煤层瓦斯涌

出、回采煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出，如工作面周围有已采的老空区存在，也

会向现采空区涌出瓦斯。这几部分瓦斯随着采场内煤层、岩层的变形或垮落而卸

压，按各自的规律涌入采空区，混合在一起。而采空区遗留煤出现高温或发生自

燃火灾，则附存在围岩、煤体内的瓦斯会加快释放速度。

煤氧气复合过程中，发生物理吸附、化学吸附和各级氧化反应。在此过程中，

会产生CO,CO,CH,CH,CH等可燃性气体。

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00

煤在不同温度下热解产物气态烃中以甲烷为主要成分，在400C至500C

温度范围内随热解温度的升高，甲烷的体积分数逐渐增大，当热解终温达到

0C

00

当温度在500C-700C时，煤中挥发分大量析出，如CH,CO和CO等。

n2n2

0

煤在280C以上干馏气体浓度可达5%以上，已经达到爆炸浓度极限。

综放面的瓦斯来源与煤层赋存和开采条件有关系。与其它采煤方法的工作面

相同，综放面的瓦斯来源概括来说，仍是由开采层、邻近层(包括围岩)瓦斯两部

分组成。

综放面开采层瓦斯一般由四部分组成:

(1)采落煤炭瓦斯涌出

(2)放落煤炭瓦斯涌出

(3)工作面煤壁(包括支架上部煤壁)瓦斯涌出

(4)采空区遗煤涌出和采空区煤壁涌出

如在特厚煤层中，综放面一次开采高度小于层厚，则应考虑未采放部分煤体

的瓦斯涌出，有上、下邻近层的厚煤层开采时，还应考虑邻近层(包括围岩)的瓦

斯涌出。

众所周知，采空区内空气的压力一般在1个大气压左右，而邻近层煤层若未

进行抽放或未受采动影响，其原始瓦斯压力可能高达十几个大气压甚至几十或近

百个大气压，一旦与采空区有裂隙连通，则向采空区的瓦斯涌出是势不可挡的，

使采空区的上部空间内充满高浓度瓦斯，成为“瓦斯仓库”一旦周期来压，势必

造成采空区内的瓦斯大量涌入回采工作面。地面大气压的变化，也会引起采空区