【正文】 獲得了廣泛的應(yīng)用。目前，西方諸采煤國家都把氮氣作為常規(guī)的防滅火手段[13]。1953年，英國羅斯林礦用罐裝氮氣撲滅了井底車場附近的自然發(fā)火；1962年，威爾士的費恩希爾礦將罐裝的液氮氣化后注入密閉采空區(qū)來撲滅礦井火災(zāi)。其中，氮氣在防滅火中應(yīng)用最多。（4）惰性氣體防滅火技術(shù)惰性氣體防滅火技術(shù)是一項防治礦井自燃火災(zāi)行之有效的技術(shù)措施[12]。②阻化劑和煤中的活性分子之間相互吸引，破壞了表面力場，提高了氧的活化能，減少了活性結(jié)構(gòu)與氧之間的有效碰撞幾率，使煤氧化作用速度受到抑制。其原理是：①阻化劑水溶液吸附空氣中的水分，并將水分覆蓋在煤表面，阻塞煤表面的孔隙，隔絕空氣。阻化劑也稱阻氧劑，目前常用的阻化劑主要是一些無機鹽類化合物，如氯化鈣（CaCl2）、氯化鈉（NaCl）、氯化鎂（MgCl2）、水玻璃（Na2SiO3）等。泥漿的作用是：①將煤包裹起來，隔絕它與空氣的接觸；②固體物充填于浮煤和冒落的巖石縫隙之間形成再生頂板，增加了嚴密性，減少了漏風(fēng)，對于厚煤層分層開采，有利于下分層的開采；③對于已經(jīng)自燃的煤炭有冷卻作用[8]。對于開采易自然發(fā)火的煤層，從防止自然發(fā)火的角度出發(fā)，對開拓、開采的要求是：最小的煤層暴露面、最大的煤炭回收率、最快的回采速度、易于隔絕的采區(qū)、正規(guī)的開采方式及合理的開采順序[7]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（The Research Status at Home and Abroad） 自燃火災(zāi)防滅火技術(shù)研究現(xiàn)狀（1）防止煤炭自燃的開拓開采技術(shù)煤礦防治煤炭自燃的實踐證明：合理的開拓系統(tǒng)、巷道支護方式和開采方法對于防止煤炭自然發(fā)火起著決定性的作用。與灌漿防滅火、注阻化劑防滅火、注墯氣防滅火等技術(shù)相比，其具有工程量少、投資少、見效快等優(yōu)點[6]。均壓防滅火技術(shù)就是處理風(fēng)與火之間關(guān)系的一種防治煤炭自然發(fā)火的措施。因此，防止自燃火災(zāi)，特別是防止采空區(qū)內(nèi)自燃火災(zāi)的發(fā)生，是避免煤礦火災(zāi)、保證安全生產(chǎn)的重點工作之一。在自燃火災(zāi)嚴重的礦井中，由于火區(qū)的長期存在，封閉范圍不斷擴大，采用灌漿等滅火技術(shù)撲滅火區(qū)火災(zāi)時間長、費用高。在采空區(qū)自燃火災(zāi)中，隨煤層開采厚度的不同，自然發(fā)火頻率也不一樣。煤礦自燃火災(zāi)嚴重程度，根據(jù)井下位置不同表現(xiàn)也不同。近年來，綜采放頂煤技術(shù)得到大力的推廣和應(yīng)用，礦井生產(chǎn)逐步向高產(chǎn)高效集約化發(fā)展。據(jù)國家安全監(jiān)督管理局2002年統(tǒng)計，原國有重點煤礦全年共發(fā)火201次，其中52處礦井發(fā)生自燃火災(zāi)172次，18處礦井發(fā)生外因火災(zāi)29次。在原煤產(chǎn)量快速增長的同時，必須保證礦井的安全高效開采。I目 錄 III1 緒 論 1 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 62 均壓系統(tǒng)非穩(wěn)定性分析及其調(diào)節(jié) 7 均壓防滅火技術(shù)的原理 7 均壓系統(tǒng)非穩(wěn)定性分析 8 均壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 16 本章小結(jié) 193均壓條件下采空區(qū)內(nèi)CO滲流數(shù)值模擬 21 21 22 28 本章小結(jié) 354 均壓系統(tǒng)在綜放工作面火區(qū)啟封中的應(yīng)用 37 礦井概況 37 6201綜放工作面火區(qū)概況 39 41 防滅火均壓系統(tǒng)的建立 44 49 52 本章小結(jié) 595 結(jié)論與展望 61 結(jié)論 61 主要創(chuàng)新點 62 展望 62參考文獻 63附錄 67作者簡歷 71學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 73學(xué)位論文數(shù)據(jù)集 75ContentsAbstract IIContents Ⅴ1 Introduction 1 Background and Significance 1 The Research Status at Home and Abroad 2 Research Contents and Method 62 Instability Analysis and Regulating of the Even Pressure System 7 Principle of Even Pressure for Fire Extinguishing Technology 7 Instability Analysis of the Even Pressure System 8 Regulating of Even Pressure System 16 Summary 193 Numerical Simulation of CO Flow in The Condition of Even Pressure 21 PorousMedia Properties of Goaf 21 Mathematical Model of CO Seepage in Goaf 22 Numerical Simulation of CO Migration Rule in the Condition of Even Pressure 28 Summary 354 The Application of Even Pressure Technology for Removing Seal of Fire Area in FullyMechanized Mine Face 37 Situation of Mine 37 General Situation of Fire Area 39 Research of SpontaneousCombustion Symbolic Gas 41 Establishment of Even Pressure System for Fire Extinguishing 44 Removing the Seal of Fire Area and Safety Measures 49 Operation of Even Pressure System and Analysis of Effect 52 Summary 595 Conclusions and Prospects 61 Conclusions 61 Main Innovation 62 Prospects 62References 63Appendix 67Author’s Resume 71Declaration of Thesis Originality 73Thesis Data Collection 751 緒論1 緒 論1 Introduction 研究背景及意義（Background and Significance）煤炭是我國的主要能源，在國民經(jīng)濟能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)很重要的位置，占我國一次性能源消費的70%以上[1]。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤炭的需求量越來越大。煤炭在生產(chǎn)過程中存在著水、火、瓦斯、煤塵、頂板五大自然災(zāi)害，其中礦井火災(zāi)在煤礦所有災(zāi)害中占的比例非常大 [2]，而煤炭自燃又是礦井火災(zāi)的主要形式。由于自燃火災(zāi)共封閉工作面64個，凍結(jié)煤量3225萬噸，造成了多人死亡和上億元的經(jīng)濟損失。但由于該方法冒落高度大、采空區(qū)遺留殘煤多、漏風(fēng)嚴重，使得礦井煤炭自燃火災(zāi)的嚴重性和危害性進一步升級[3] [4]。根據(jù)統(tǒng)計資料，按采空區(qū)、巷道及其它地點分類，采空區(qū)自然發(fā)火次數(shù)占火災(zāi)總數(shù)的60%，巷道煤柱自然發(fā)火占29%，其它地點自然發(fā)火占11%。據(jù)統(tǒng)計中厚以下煤層的采空區(qū)內(nèi)自燃火災(zāi)占采空區(qū)發(fā)火總數(shù)的16%，厚煤層和特厚煤層的采空區(qū)內(nèi)自燃火災(zāi)次數(shù)占采空區(qū)發(fā)火總數(shù)的84%。而且在多煤層開采的礦井中，火區(qū)下的煤層不能開采，給礦井安全生產(chǎn)帶來了很多問題，如采掘部署，生產(chǎn)線很長，用風(fēng)地點多，通風(fēng)阻力大，通風(fēng)與自燃的矛盾不僅不能解決而且還有可能形成惡性循環(huán)，使礦井的自燃火災(zāi)越來越嚴重[5]。煤礦自燃火災(zāi)的發(fā)生多是由于通風(fēng)管理不善造成的，研究風(fēng)與火的關(guān)系，處理好風(fēng)與火的關(guān)系，是預(yù)防自燃火災(zāi)發(fā)生、減小火災(zāi)對通風(fēng)系統(tǒng)的影響和搶險救災(zāi)期間確保礦井和人身安全的關(guān)鍵。它是以“降壓減風(fēng)、管風(fēng)防火、堵風(fēng)防漏、以風(fēng)治火”為主旨，達到利用通風(fēng)技術(shù)防止采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃和撲滅采空區(qū)火災(zāi)的目的。因此，研究均壓防滅火技術(shù)對防治煤礦自燃火災(zāi)有重大的理論和現(xiàn)實意義。國內(nèi)不少礦區(qū)的易自然發(fā)火礦井，通過優(yōu)化礦井開拓系統(tǒng)、改革巷道支護方式、采用合理的開采方法和先進的開采裝備，實現(xiàn)了礦井漏風(fēng)小、巷道高冒少、丟煤少和快速開采，從而改變了煤層易自然發(fā)火的被動局面。（2）預(yù)防性灌漿技術(shù)預(yù)防性灌漿在國內(nèi)煤礦中應(yīng)用很廣泛，它是將水和不燃性固體材料（粘土、粉煤灰等）按一定比例制成泥漿，利用動壓或靜壓，經(jīng)由鉆孔或輸漿管路輸送至礦井防滅火區(qū)域，以阻止煤炭氧化或撲滅已自燃的煤體。（3）阻化劑防滅火技術(shù)阻化劑防滅火技術(shù)是20世紀60年代初發(fā)展起來的，在國內(nèi)外一些礦井進行應(yīng)用，取得了較好的效果[9]。將其溶液噴灑在采空區(qū)的煤壁或浮煤上，具有阻止煤炭氧化和防止煤炭自燃的作用。一些吸水性比較強的藥劑可以使煤處于潮濕的狀態(tài)，從而在一定程度上抑制煤炭自燃。阻化劑防滅火由于技術(shù)工藝簡單，設(shè)備少，成本低，防火效果好等優(yōu)點，在一些礦區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用[10] [11]。目前可以被用作礦井防滅火的惰性氣體主要有三種：二氧化碳（CO2）、燃燒產(chǎn)生的惰性氣體和氮氣（N2）。早在19世紀中葉，比利時人就曾用二氧化碳成功地撲滅了礦井火災(zāi)。20世紀70年代以來，世界主要采煤國家相繼采用和發(fā)展了氮氣防滅火技術(shù)，取得了很大的成就。我國從20世紀80年代初期，開始對氮氣防滅火技術(shù)進行研究和實驗，直到1989年，撫順龍鳳礦首次使用井上氮氣廠生產(chǎn)的氮氣，通過管路輸送到綜放工作面采空區(qū)防止遺煤自燃取得成功，我國的氮氣防滅火工作才步入實施階段[14]。（5）漏風(fēng)封堵技術(shù)根據(jù)煤炭自燃必須滿足的四個條件可知，如果能夠杜絕或者減少向易自燃區(qū)域的漏風(fēng)，使煤低溫氧化過程得不到足夠的氧氣，那么在一定程度上就能延長煤的自然發(fā)火期和防止煤炭自燃的發(fā)生。目前，我國煤礦主要應(yīng)用的漏風(fēng)封堵技術(shù)有沿空巷道掛簾布、飛灰充填帶隔絕采空區(qū)、水砂充填隔離采空區(qū)、夾縫密閉墻堵漏技術(shù)、噴射水泥砂漿或高惰泡沫堵漏技術(shù)和可塑性膠泥堵漏技術(shù)等。1985年，原蘇聯(lián)的學(xué)者用水玻璃、硫酸銨以及水制成了凝膠溶液，并將其用于礦井采空區(qū)的防滅火，取得了較好的防滅火效果[15] [16]。凝膠防滅火技術(shù)具有滅火速度快、安全性好、火區(qū)復(fù)燃性低等特點，火區(qū)啟封時間也相對縮短，注膠滅火工程實施完成，不需等待即可啟封火區(qū)。三相泡沫由固態(tài)不燃物（粉煤灰、黃泥等）、惰性氣體（N2）和水三相防滅火介質(zhì)組成。