深部开采高温热液侵蚀煤自燃特性
潘荣锟1
胡代民2
贾海林1
晁江坤1
沈何迪2
刘伟2
1.河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454000;河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作 4540002.河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454000
摘要：深部开采过程中,矿井水温度显著高于浅部煤层,高温热液侵蚀作用影响着煤体物化特征,进而对其自然发火特性产生影响.为研究深部开采热液侵蚀作用下的煤自然发火特性及其影响机制,通过低场核磁共振、分子动力学模拟、力学测试及C600微量热实验,分析了热液侵蚀作用对煤体孔隙度、孔径分布、力学强度、氧化热特征参数的影响规律,并结合相关性分析,定量描述了各个参数间的相关度.研究结果表明:热液侵蚀煤体受热应力和溶胀作用的双重影响,内部孔隙结构发生显著变化,热液温度与煤体总孔隙度之间存在显著正相关关系,相关系数为0.97;随着热液温度的升高,煤体总孔隙度由0.24％增长至1.35％,微孔占比由69％以上降至60％以下,中孔、大孔占比增大;煤体孔隙大小显著影响着氧气的扩散系数,随着煤体孔隙宽度的线性增加,氧气扩散系数呈指数增加;受高温热液侵蚀作用影响,煤体孔隙发育以及部分有机质的溶解显著降低了煤体的力学强度,从原煤到80 ℃热液侵蚀煤体,其抗压强度均值由23 MPa降低至11.6 MPa,降低了 50％;相较于原煤,热液侵蚀煤体的放热强度更高,放热量更大,TH40、TH50、TH60、TH70、TH80放热量分别增加了 12.61％、16.63％、17.32％、19.36％和25.02％,热液温度与煤氧化放热量间相关系数为0.92.高温热液侵蚀作用显著影响着煤的孔隙度及氧化过程,随着热液温度升高,煤体孔隙度增大,力学强度减弱,氧化过程耗氧量及氧化速率加快,放热量增加.高温热液侵蚀煤具有更高的自燃危险性,且热液温度越高,风险越大.
关键词：煤自燃深部开采热液侵蚀孔隙氧化
分类号：TD75(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52174169)河南省杰出青年基金资助项目(232300421015)河南省高校科技创新团队资助项目(24IRTSTHN018)
论文发表日期：2024-04-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 1906-1916 )
英文信息