一種主動脫氧型密閉及其使用方法
【專利摘要】一種主動脫氧型密閉及其使用方法，屬于煤礦防滅火領(lǐng)域。本發(fā)明的主動脫氧型密閉，所用的脫氧型阻化劑成分按質(zhì)量比，還原性Fe粉∶MgCl2＝10∶(1～11)；其使用方法的步驟為：(1)計算還原性Fe粉和MgCl2的理論用量；(2)計算還原性Fe粉和MgCl2的實際用量；(3)驗證進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流吸收熱量后工作面溫度是否符合規(guī)定；(4)構(gòu)筑主動脫氧型密閉。所用的脫氧型阻化劑取材方便，制作簡單，價格低廉；出現(xiàn)裂隙漏風(fēng)時，消耗漏風(fēng)中的氧氣，以減少采空區(qū)氧氣的漏入；經(jīng)過密閉脫氧的漏風(fēng)流中氧濃度大幅降低，剩余高濃度的N2，可有效降低采空區(qū)附近氧濃度；使用隔熱材料，以防止密閉周圍煤體升溫。
【專利說明】
一種主動脫氧型密閉及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于煤礦防滅火領(lǐng)域，特別涉及一種主動脫氧型密閉及其使用方法。【背景技術(shù)】
[0002]采空區(qū)遺煤自燃是由于漏入采空區(qū)中的風(fēng)流含有氧氣，氧氣氧化遺煤蓄熱升溫達(dá)到燃點，進(jìn)而引發(fā)的煤炭自發(fā)性燃燒。在采空區(qū)構(gòu)筑密閉的目的是為了將采空區(qū)漏風(fēng)通道進(jìn)行封堵，減少采空區(qū)的漏風(fēng)，從而抑制遺煤的自燃。然而，雖然構(gòu)筑了密閉，但卻“沒有不透風(fēng)的墻”，密閉在使用過程中受到工作面超前支撐壓力的影響，會使密閉周圍出現(xiàn)裂隙， 形成漏風(fēng)通道，因此，傳統(tǒng)的密閉只能起到減少漏風(fēng)的作用，卻不能完全避免漏風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)。
[0003]鑒于以上原因，需要對傳統(tǒng)密閉進(jìn)行改進(jìn)，使密閉除了可以起到封堵采空區(qū)、阻擋漏風(fēng)的作用外，還能將漏入密閉風(fēng)流中的氧氣消耗，使漏入采空區(qū)中的風(fēng)流不含氧氣，只含有高濃度的氮氣，對采空區(qū)起到惰化作用，從而對采空區(qū)遺煤的自燃起到更好的抑制作用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種主動脫氧型密閉及其使用方法，在傳統(tǒng)密閉充填材料黃土中摻入具有耗氧效果的脫氧型阻化劑，當(dāng)密閉在受到工作面超前支撐壓力影響出現(xiàn)裂隙漏風(fēng)時，可以消耗漏風(fēng)中的氧氣，以減少采空區(qū)氧氣的漏入;密閉四周使用隔熱材料，以防止密閉中的脫氧型阻化劑耗氧產(chǎn)生的熱量使密閉周圍煤體升溫。
[0005]—種主動脫氧型密閉，由填充材料和磚墻構(gòu)成，填充材料由脫氧型阻化劑和黃土組成，其中:
[0006]脫氧型阻化劑成分按質(zhì)量比，還原性Fe粉:MgCl2=10: (1?11);
[0007]脫氧型阻化劑的質(zhì)量根據(jù)公式(1)確定:
[0008]M，=1.1X[1+(0.1 ?l.l)]viq(L+S)/v (1)[〇〇〇9]式中:M’為脫氧型阻化劑的實際用量;L為超前支撐壓力影響范圍；S為聯(lián)絡(luò)巷寬度;v為工作面推進(jìn)速度;q為密閉單位時間漏風(fēng)量;^為消耗單位體積空氣中的氧氣需要還原性Fe粉質(zhì)量；[0〇1〇]黃土的體積根據(jù)公式(2)確定:[0011 ] V黃t=V麵_-V騰麵刪(2)
[0012]式中:Vm；為主動脫氧型密閉中黃土的體積;Vi顛減4為主動脫氧型密閉中填充材料的體積;為主動脫氧型密閉中脫氧型阻化劑的體積。[0〇13] 所述還原性Fe粉質(zhì)量純度彡98%，粒度彡200目；MgCl2純度彡98%;
[0014]所述的黃土含有成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Si〇2:40?60%、Al2〇3:l〇?20%、Ca0:5? 10%、Fe2〇3:3?6% ;
[0015]所述的主動脫氧型密閉，永久密閉填充材料的厚度不小于lm，防火密閉填充材料的厚度不小于2m;
[0016]所述的填充材料，是將脫氧型阻化劑與黃土的用量按所述的主動脫氧型密閉比例進(jìn)行配料，在常溫常壓下直接拌合均勻獲得的。
[0017]所述的公式(1)由公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)和(8)推導(dǎo)獲得:
[0018]T=(L+S)/v(3)
[0019]V = qT(4)
[0020]M = viV(5)
[0021]Mi=(0.1 ?1.1) XM(6)
[0022]M2=1.1XM(7)
[0023]M3=1.1XMi(8)[〇〇24]式中:M2為還原性Fe粉的實際用量;M3為MgCl 2的實際用量;M為還原性Fe粉的理論用量;MAMgCh的理論用量;T為密閉產(chǎn)生裂隙出現(xiàn)漏風(fēng)的總時間；L為超前支撐壓力影響范圍；S為聯(lián)絡(luò)巷寬度;v為工作面推進(jìn)速度;q為密閉單位時間漏風(fēng)量;V為T時間內(nèi)密閉的總漏風(fēng)量;V1為消耗單位體積空氣中的氧氣需要還原性Fe粉的質(zhì)量。
[0025]—種主動脫氧型密閉的使用方法，包括以下步驟:[〇〇26]步驟1，計算還原性Fe粉的理論用量M和MgCl2的理論用量施，根據(jù)公式(9)和(6)進(jìn)行計算:
[0027]M = viq(L+S)/v(9)
[0028]Mi=(0.1 ?1.1) XM(6)[〇〇29]式中:M為還原性Fe粉的理論用量;MAMgCh的理論用量;L為超前支撐壓力影響范圍；S為聯(lián)絡(luò)巷寬度;v為工作面推進(jìn)速度;q為密閉單位時間漏風(fēng)量;V1為消耗單位體積空氣中的氧氣需要還原性Fe粉質(zhì)量；
[0030]步驟2,計算還原性Fe粉的實際用量M#PMgCl2的實際用量M3,根據(jù)公式(7)和(8)進(jìn)行計算:
[0031]M2=1.1XM(7)
[0032]M3=1.1XMi(8)[〇〇33]式中:112為還原性Fe粉的實際用量;M3為MgCl2的實際用量；[〇〇34]步驟3,驗證進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流吸收熱量后工作面溫度是否符合規(guī)定，根據(jù)公式(10)進(jìn)行驗證:
[0035]ti = t+M2QFe/(cM進(jìn))(10)
[0036]式中:^為工作面風(fēng)流升高后的溫度;t為工作面風(fēng)流原始溫度;QFe為單位質(zhì)量的還原性Fe粉放出的熱量;c為空氣的比熱容;時間內(nèi)進(jìn)風(fēng)巷通過的風(fēng)流總質(zhì)量；[〇〇37]當(dāng)以<26。(:時，驗證符合規(guī)定；
[0038]步驟4,在聯(lián)絡(luò)巷中構(gòu)筑主動脫氧型密閉:將密閉與巷道及上下頂板接觸部位，噴涂耐高溫隔熱涂料，噴涂厚度為1?3cm，隔熱涂料干燥，形成隔熱涂料后，進(jìn)行密閉的構(gòu)筑。
[0039]所述的主動脫氧型密閉尺寸與礦井聯(lián)絡(luò)巷中使用的密閉尺寸相同，密閉的寬與高與巷道的寬與高相同，密閉充填材料的厚度根據(jù)密閉的使用目的進(jìn)行確定；
[0040]所述的步驟1中，公式(9)由公式(3)、(4)和(5)推導(dǎo)獲得:
[0041]T=(L+S)/v(3)
[0042]V = qT(4)
[0043] M = viV (5)[〇〇44]式中:M為還原性Fe粉的理論用量;T為密閉產(chǎn)生裂隙出現(xiàn)漏風(fēng)的總時間；L為超前支撐壓力影響范圍；S為聯(lián)絡(luò)巷寬度;v為工作面推進(jìn)速度;q為密閉單位時間漏風(fēng)量;V為T時間內(nèi)密閉的總漏風(fēng)量;V1為消耗單位體積空氣中的氧氣需要還原性Fe粉的質(zhì)量；
[0045]所述的步驟2,目的是保證確保漏風(fēng)中的氧氣全部被脫氧型阻化劑耗盡；
[0046]所述的步驟3中，公式(10)由公式(11)、(12)和(13)推導(dǎo)獲得:
[0047]Q?=M2QFe (11)
[0048]At = Q?/(cM進(jìn))(12)
[0049]t = ti+At (13)[〇〇5〇]式中:Q放為還原性Fe粉在時間T內(nèi)耗氧放出的總熱量;QFe為單位質(zhì)量的還原性Fe粉放出的熱量；A t為進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流升高的溫度;c為空氣的比熱容;M進(jìn)為T時間內(nèi)進(jìn)風(fēng)巷通過的風(fēng)流總質(zhì)量;七為進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流升高后的溫度;t為進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流原始溫度；[〇〇51]所述的步驟3中，由于還原性Fe粉與氧氣反應(yīng)會產(chǎn)生熱量，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》對于采掘工作面空氣溫度不得超過26°C的規(guī)定，需要驗證密閉內(nèi)還原性Fe粉與氧氣反應(yīng)會產(chǎn)生熱量不會使工作面風(fēng)流溫度超過規(guī)定；[〇〇52]所述的步驟3中，公式(10)中，由于密閉內(nèi)部填充的泥漿也會吸收還原性Fe粉與氧氣反應(yīng)放出的熱量，另外，采空區(qū)側(cè)密閉墻附近，空氣流動緩慢，對流換熱微弱，進(jìn)入采空區(qū)側(cè)聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)的熱量可以忽略，此處假設(shè)熱量全部進(jìn)入進(jìn)風(fēng)流，考慮極限情況下進(jìn)風(fēng)流溫度的升尚情況。[〇〇53]所述的步驟4中，隔熱材料由耐高溫隔熱涂料制成，采用隔熱材料的目的是防止密閉中的脫氧型阻化劑耗氧產(chǎn)生的熱量使密閉周圍煤體升溫;密閉中的脫氧型阻化劑耗氧產(chǎn)生的熱量，通過黃土本身所含水分的吸收以及通過密閉墻外風(fēng)流的帶走而散失；[〇〇54]所述的公式(5)和(9)中，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，lg還原性Fe粉可與500ml空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，消耗單位體積空氣中的氧氣需要還原性Fe粉的質(zhì)量為2kg，即vi為2kg/m3。[〇〇55]主動脫氧型密閉具有耗氧效果原因在于還原性Fe粉發(fā)生與氧氣發(fā)生下列反應(yīng):
[0056]2Fe_4e—= 2Fe2+(I)
[0057] 〇2+2H20+4e—= 40H—(H )
[0058]Fe2++20H—=Fe(0H)2 (HI)
[0059]4Fe(OH)2+〇2+2H2〇 = 4Fe(OH)3—[Fe2〇3 ? nH20] (IV)
[0060]脫氧型阻化劑的用量，由密閉內(nèi)還原性Fe粉的用量確定，還原性Fe粉的用量根據(jù)密閉在受到超前支撐壓力影響出現(xiàn)裂隙漏風(fēng)到工作面推過聯(lián)絡(luò)巷時間內(nèi)密閉的總漏風(fēng)量確定。
[0061]本發(fā)明的有益效果是:
[0062]1.本發(fā)明的主動脫氧型密閉所用的脫氧型阻化劑取材方便，制作簡單，價格低廉， 使用過程中直接與黃土混合，操作簡便；
[0063]2.本發(fā)明的主動脫氧型密閉在受到工作面超前支撐壓力影響出現(xiàn)裂隙漏風(fēng)時，可以消耗漏風(fēng)中的氧氣，以減少采空區(qū)氧氣的漏入；[〇〇64]3.經(jīng)過密閉脫氧的漏風(fēng)流中氧濃度大幅降低，剩余高濃度的犯，對氣體流經(jīng)區(qū)域起到了惰化效果，可有效降低采空區(qū)附近氧濃度；
[0065] 4.本發(fā)明的主動脫氧型密閉四周使用隔熱材料，以防止密閉中的脫氧型阻化劑耗氧產(chǎn)生的熱量使密閉周圍煤體升溫?！靖綀D說明】[〇〇66]圖1為未密閉的聯(lián)絡(luò)巷示意圖；[〇〇67]圖2為密閉后的聯(lián)絡(luò)巷示意圖；[〇〇68]圖3為超前支撐壓力影響范圍示意圖；[〇〇69]圖4為密閉裂隙漏風(fēng)示意圖；
[0070]圖5為不同溫度時本發(fā)明實施例所用脫氧型阻化劑耗氧速率曲線；
[0071]圖6為普通密閉不漏風(fēng)時氧濃度分布；
[0072]圖7為普通密閉漏風(fēng)時氧濃度分布；
[0073]圖8為本發(fā)明實施例中主動脫氧型密閉漏風(fēng)時氧濃度分布；[0〇74]圖中，1-回米工作面;2_米5?區(qū)；3_回風(fēng)巷;4_進(jìn)風(fēng)巷;5_備用工作面;6_聯(lián)絡(luò)巷;7_ 密閉;8-頂板裂隙;9-底板裂隙；10-頂板;11-底板;12-磚墻;13-黃土; 14-主動脫氧型密閉?！揪唧w實施方式】
[0075]下面結(jié)合附圖以及實例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。[〇〇76]聯(lián)絡(luò)巷是連接上下區(qū)段相鄰工作面間兩條巷道的短巷，位置如圖1所示，在工作面回采至聯(lián)絡(luò)巷之前，用于行人、運料、通風(fēng)，當(dāng)工作面回采超前聯(lián)絡(luò)巷時，需要馬上對聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行密閉，防止風(fēng)流通過聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采空區(qū)，引發(fā)遺煤自燃。聯(lián)絡(luò)巷密閉由兩道磚墻以及磚墻之間充填的黃土構(gòu)成，當(dāng)本區(qū)段工作面回采完畢，開始回采下區(qū)段時，由于工作面回采超前支撐壓力的影響，上區(qū)段回采時構(gòu)筑的密閉會遭到破壞，出現(xiàn)裂隙向采空區(qū)漏風(fēng)，如圖2 所示。當(dāng)聯(lián)絡(luò)巷密閉位于超前支撐壓力范圍內(nèi)，密閉被破壞出現(xiàn)漏風(fēng)，直至工作面推過聯(lián)絡(luò)巷，使聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采空區(qū)為止，超前支撐壓力影響范圍如圖3所示。聯(lián)絡(luò)巷密閉在受到超前支撐壓力影響時最容易出現(xiàn)裂隙的位置為密閉與頂?shù)装褰佑|的位置，如圖4所示。
[0077]本發(fā)明旨在解決普通密閉一旦受到超前支撐壓力影響出現(xiàn)漏風(fēng)，就會使氧氣進(jìn)入采空區(qū)氧化遺煤，進(jìn)而引發(fā)自燃的問題。下面結(jié)合某礦聯(lián)絡(luò)巷密閉實例，對本發(fā)明采用的技術(shù)方案進(jìn)一步說明。[〇〇78] 某礦聯(lián)絡(luò)巷長30m，寬5m，高3m，密閉磚墻厚度0.75m，黃土厚度5m，密閉位置距通風(fēng)巷側(cè)5m向里進(jìn)行構(gòu)筑。工作面超前支撐壓力范圍28m，工作面推進(jìn)速度5.6m/d，進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量 1300m3/min，風(fēng)流溫度18°C，某處密閉單位時間漏風(fēng)量為0.37m3/min，密閉未受到超前支撐壓力影響，不漏風(fēng)時，采空區(qū)側(cè)聯(lián)絡(luò)巷氧濃度3%?4%，當(dāng)出現(xiàn)漏風(fēng)時，采空區(qū)側(cè)聯(lián)絡(luò)巷氧濃度4 %?5 % ;標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，lg還原性Fe粉可與500ml空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，消耗單位體積空氣中的氧氣需要還原性Fe粉的質(zhì)量為2kg，即V1S2kg/m3;單位質(zhì)量的還原性Fe粉放出的熱量 QFe = 7360kJ/kg。[〇〇79] 一種主動脫氧型密閉，由填充材料和磚墻構(gòu)成，填充材料由脫氧型阻化劑和黃土組成，其中:
[0080]脫氧型阻化劑成分按質(zhì)量比，還原性Fe粉:MgCl2= 10:1;
[0081]脫氧型阻化劑的質(zhì)量根據(jù)公式(1)確定:
[0082] M' = 1.1 X (1+0.1)viq(L+S)/v = 7607.3kg(1)
[0083]式中:M’為脫氧型阻化劑的實際用量;L為超前支撐壓力影響范圍；S為聯(lián)絡(luò)巷寬度;v為工作面推進(jìn)速度;q為密閉單位時間漏風(fēng)量;^為消耗單位體積空氣中的氧氣需要還原性Fe粉質(zhì)量；[0〇84]黃土的體積根據(jù)公式(2)確定:
[0085] V黃t=Vi騰撕-乂騰麵朋劍(2)[〇〇86]式中:Vm；為主動脫氧型密閉中黃土的體積;Vi顛減4為主動脫氧型密閉中填充材料的體積;為主動脫氧型密閉中脫氧型阻化劑的體積。
[0087] 所述還原性Fe粉質(zhì)量純度彡98%，粒度彡200目；MgCl2純度彡98% ;[〇〇88] 所述的黃土含有成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Si02:40?60%、Al203:10?20%、Ca0:5? 10%、Fe2〇3:3?6% ;
[0089]所述的填充材料，是將脫氧型阻化劑與黃土的用量按所述的主動脫氧型密閉比例進(jìn)行配料，在常溫常壓下直接拌合均勻獲得的。
[0090]所述的公式(1)由公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)和(8)推導(dǎo)獲得:
[0091]T=(L+S)/v = 5.9d(3)
[0092]V = qT = 3143.5m3(4)
[0093]M = viV=6287kg (5)
[0094]Mi = 0.1XM=628.7kg(6)
[0095]M2=l.lXM=6915.7kg(7)
[0096]M3=l.lXMi = 691.6kg(8)[〇〇97] 式中:112為還原性Fe粉的實際用量，kg;M3為MgCl2的實際用量，kg;M為還原性Fe粉的理論用量，kgWiSMgCls的理論用量，kg;T為密閉產(chǎn)生裂隙出現(xiàn)漏風(fēng)的總時間，d;L為超前支撐壓力影響范圍，m;S為聯(lián)絡(luò)巷寬度;v為工作面推進(jìn)速度;q為密閉單位時間漏風(fēng)量，m3/ min ;V為T時間內(nèi)密閉的總漏風(fēng)量，m3; vi為消耗單位體積空氣中的氧氣需要還原性Fe粉的質(zhì)量，kg/m3。
[0098] —種主動脫氧型密閉的使用方法，包括以下步驟:[〇〇99] 步驟1，計算還原性Fe粉的理論用量M和MgCl2的理論用量施，根據(jù)公式(9)和(6)進(jìn)行計算:
[0100] M = viq(L+S)/v = 6287kg(9)
[0101]Mi = 0.1XM=628.7kg(6)[〇1〇2]式中:M為還原性Fe粉的理論用量，kg;MAMgCl2的理論用量，kg;L為超前支撐壓力影響范圍，m;S為聯(lián)絡(luò)巷寬度，m;v為工作面推進(jìn)速度，m/d;q為密閉單位時間漏風(fēng)量，m3/ min; vi為消耗單位體積空氣中的氧氣需要還原性Fe粉質(zhì)量，kg/m3;[〇1〇3] 步驟2,計算還原性Fe粉的實際用量M#PMgCl2的實際用量M3,根據(jù)公式(7)和(8)進(jìn)行計算:
[0104] M2=l.lXM=6915.7kg(7)
[0105] M3=l.lXMi = 691.6kg(8)[〇1〇6] 式中:MA還原性Fe粉的實際用量，kg;M3為MgCl2的實際用量，kg;此時脫氧型阻化劑的用量僅占密閉總體積的1.6% ;
[0107]步驟3,驗證進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流吸收熱量后工作面溫度是否符合規(guī)定，根據(jù)公式(10)進(jìn)行驗證:
[0108] ti = t+M2QFe/ (cMa) = 21.6 °C(10)
[0109]式中:t為工作面風(fēng)流升高后的溫度，°C ; t為工作面風(fēng)流原始溫度，°C ; QFe為單位質(zhì)量的還原性Fe粉放出的熱量，kj/kg; c為空氣的比熱容，J/(kg ? °C );Ma^T時間內(nèi)進(jìn)風(fēng)巷通過的風(fēng)流總質(zhì)量，kg;[011 〇]= 21 ? 6°C彡26°C，驗證符合規(guī)定；
[0111]實際情況中，密閉中充填的泥漿也要吸收熱量，因此實際中t要小于21.6°C;
[0112]步驟4，在聯(lián)絡(luò)巷中構(gòu)筑主動脫氧型密閉:將密閉與巷道及上下頂板接觸部位，噴涂耐高溫隔熱涂料，噴涂厚度為1?3cm，隔熱涂料干燥，形成隔熱涂料后，進(jìn)行密閉的構(gòu)筑。
[0113]所述的主動脫氧型密閉尺寸與礦井聯(lián)絡(luò)巷中使用的密閉尺寸相同，密閉的寬與高與巷道的寬與高相同，密閉充填材料的厚度根據(jù)密閉的使用目的進(jìn)行確定。
[0114]所述的(9)由公式(3)、(4)和(5)推導(dǎo)獲得:
[0115]T=(L+S)/v = 5.9d(3)
[0116] V = qT = 3143.5m3(4)
[0117]m = viV=6287kg(5)
[0118]式中:M為還原性Fe粉的理論用量，kg; T為密閉產(chǎn)生裂隙出現(xiàn)漏風(fēng)的總時間，d; L為超前支撐壓力影響范圍，m;S為聯(lián)絡(luò)巷寬度;v為工作面推進(jìn)速度;q為密閉單位時間漏風(fēng)量， m3/min;V為T時間內(nèi)密閉的總漏風(fēng)量，m3;vi為消耗單位體積空氣中的氧氣需要還原性Fe粉的質(zhì)量，kg/m3。[〇119]下面使用Fluent數(shù)值模擬軟件對該礦聯(lián)絡(luò)巷構(gòu)筑普通密閉時不漏風(fēng)、漏風(fēng)以及構(gòu)筑本發(fā)明密閉漏風(fēng)時聯(lián)絡(luò)巷及密閉內(nèi)部氧濃度分布進(jìn)行模擬，模擬過程中使用的模型尺寸與該礦現(xiàn)場相同，當(dāng)密閉漏風(fēng)時進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速由密閉單位時間漏風(fēng)量求得，為4.1 X 1 (T4m/s。 模擬中使用的耗氧速率，通過試驗獲得，由試驗得到的脫氧型阻化劑在20°C、40°C、6(TC、80 °C以及99°C時的耗氧速率擬合的曲線(如圖5)求得，18°C時的耗氧速率為1.24Xl(T4m3/ (kg ?min)。普通密閉不漏風(fēng)、普通密閉漏風(fēng)、主動脫氧型密閉漏風(fēng)的模擬結(jié)果分別為圖6、 圖7、圖8。
[0120]通過圖6看出，密閉不漏風(fēng)時，有少量漏風(fēng)滲透穿過密閉墻，使采空區(qū)側(cè)密閉墻附近氧濃度為4?5%，高于采空區(qū)附近的3?4%;通過圖7看出，當(dāng)密閉漏風(fēng)時，進(jìn)入采空區(qū)側(cè)聯(lián)絡(luò)的漏風(fēng)，使內(nèi)部氧濃度迅速增加，密閉內(nèi)側(cè)墻附近氧氣體積分?jǐn)?shù)大幅升高，達(dá)到17%? 18 %。當(dāng)漏入的風(fēng)流向采空區(qū)方向移動時，與原有低氧濃度氣體混合，使氧氣體積分?jǐn)?shù)逐漸降低為采空區(qū)附近的4%?5%。以上兩種情況中氧濃度分布的模擬結(jié)果，與現(xiàn)場監(jiān)測相符， 因此可利用該模型對主動脫氧型密閉的漏風(fēng)氧濃度分布進(jìn)行研究。[0121 ]將密閉的充填材料增加耗氧效果，模擬主動脫氧型密閉漏風(fēng)時的氧濃度分布，模擬結(jié)果如圖8所示。通過與圖7對比看出，充填材料具有耗氧效果后，漏入密閉內(nèi)部的風(fēng)流經(jīng)過脫氧型阻化劑的耗氧，裂隙出口附近的氧濃度大幅降低，由普通密閉的17?18%降至5? 6%，并且高氧濃度范圍也大幅減小。經(jīng)過密閉脫氧的漏風(fēng)流中氧濃度大幅降低，剩余高濃度的N2,對氣體流經(jīng)區(qū)域起到了惰化效果，使采空區(qū)附近氧濃度由普通密閉漏風(fēng)時的4? 5%降至2?3%，此氧濃度甚至比密閉不漏風(fēng)時還要低。與普通密閉相比，主動脫氧型密閉漏風(fēng)時，不僅沒有增加采空區(qū)附近氧濃度，反而使氧濃度得到了降低，有效防止了采空區(qū)遺煤的自燃。
【主權(quán)項】
1.一種主動脫氧型密閉，其特征在于，由填充材料和磚墻構(gòu)成，填充材料由脫氧型阻化 劑和黃土組成，其中:脫氧型阻化劑成分按質(zhì)量比，還原性Fe粉:MgCl2 = 10:(l?11);脫氧型阻化劑的質(zhì)量根據(jù)公式(1)確定:M' =1.1 X [1+(0.1?l.l)]viq(L+S)/v(1)式中:M'為脫氧型阻化劑的實際用量;L為超前支撐壓力影響范圍；S為聯(lián)絡(luò)巷寬度;v為 工作面推進(jìn)速度;q為密閉單位時間漏風(fēng)量;V1為消耗單位體積空氣中的氧氣需要還原性Fe 粉質(zhì)量；黃土的體積根據(jù)公式(2)確定:v散=Vi騰#rVw?刪 (2)式中:Vrn；為主動脫氧型密閉中黃土的體積;為主動脫氧型密閉中填充材料的體 積;樹為主動脫氧型密閉中脫氧型阻化劑的體積。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動脫氧型密閉，其特征在于，所述還原性Fe粉質(zhì)量純度多 98%，粒度彡200目；MgCl2純度彡98%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動脫氧型密閉，其特征在于，所述的黃土含有成分按質(zhì)量百 分?jǐn)?shù)為 Si〇2:40 ?60%、Al2〇3:10?20%、CaO:5?10%、Fe2〇3:3?6%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動脫氧型密閉，其特征在于，永久密閉填充材料的厚度不小 于lm，防火密閉填充材料的厚度不小于2m。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動脫氧型密閉，其特征在于，所述的填充材料，是將脫氧型 阻化劑與黃土的用量按所述的主動脫氧型密閉比例進(jìn)行配料，在常溫常壓下直接拌合均勻 獲得的。6.權(quán)利要求1所述的一種主動脫氧型密閉的使用方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟1，計算還原性Fe粉的理論用量M和MgCl2的理論用量％，根據(jù)公式(9)和(6)進(jìn)行計算:M=viq(L+S)/v (9)Mi=(0.1 ?1.1)XM(6)式中:M為還原性Fe粉的理論用量;MAMgCl2的理論用量;L為超前支撐壓力影響范圍；S 為聯(lián)絡(luò)巷寬度;v為工作面推進(jìn)速度;q為密閉單位時間漏風(fēng)量;vi為消耗單位體積空氣中的 氧氣需要還原性Fe粉質(zhì)量；步驟2,計算還原性Fe粉的實際用量MdPMgCh的實際用量M3,根據(jù)公式(7)和(8)進(jìn)行計 算:M2 = 1.1XM(7)M3 = 1.1XMi (8)式中:M2*還原性Fe粉的實際用量;M3為MgCl2的實際用量；步驟3,驗證進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流吸收熱量后工作面溫度是否符合規(guī)定，根據(jù)公式(10)進(jìn)行驗 證:tl = t+M2QFe/(cM進(jìn))(10)式中:^為工作面風(fēng)流升高后的溫度;t為工作面風(fēng)流原始溫度;QFe為單位質(zhì)量的還原 性Fe粉放出的熱量;C為空氣的比熱容;Ma^T時間內(nèi)進(jìn)風(fēng)巷通過的風(fēng)流總質(zhì)量；當(dāng)t < 26 °C時，驗證符合規(guī)定；步驟4，在聯(lián)絡(luò)巷中構(gòu)筑主動脫氧型密閉:將密閉與巷道及上下頂板接觸部位，噴涂耐 高溫隔熱涂料，噴涂厚度為1?3cm，隔熱涂料干燥，形成隔熱涂料后，進(jìn)行密閉的構(gòu)筑。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的主動脫氧型密閉的使用方法，其特征在于，所述的主動脫氧型 密閉尺寸與礦井聯(lián)絡(luò)巷中使用的密閉尺寸相同，密閉的寬與高與巷道的寬與高相同，密閉 充填材料的厚度根據(jù)密閉的使用目的進(jìn)行確定。
【文檔編號】E21F17/103GK105952493SQ201610341310
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】郝朝瑜, 司蕊, 賀飛, 王繼仁, 王宏飛, 邢曉東
【申請人】遼寧工程技術(shù)大學(xué)