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摘要
采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式，煤自燃作为瓦斯燃烧、爆炸等灾害事故的“点火源”，无疑是防范煤矿采空区复合灾害的关键。目前关于采空区遗煤残余瓦斯(吸附态为主)与风流瓦斯(游离态)对煤自燃影响机理的认识还不够深入，为此探究了含瓦斯条件下煤自燃相关研究的最新进展。现阶段针对含瓦斯风流/气氛下煤自燃特性的研究内容较为丰富，但吸附态瓦斯影响条件下的煤自燃特性试验平台及相关研究成果较匮乏。研究表明，游离瓦斯易引起煤低温氧化气体产物出现明显的“滞后效应”，同时煤体放热强度减弱、活化能整体增大，这反映出氧化气氛中的瓦斯对煤自燃具有抑制作用；相应地，煤自燃过程中的官能团、自由基及煤微晶结构等微观特征参数均会随瓦斯浓度呈现规律性演变。进一步，考虑到遗煤内部残余瓦斯与风流瓦斯的赋存状态差异，探究了瓦斯对煤自燃过程的影响机理，包括CH4对O2的驱替稀释作用、CH4与O2的竞争吸附解吸引起的置换效应，以及高温环境下的O2分子化学吸附和煤氧复合效应作用。基于此，提出了采空区遗煤在吸附态瓦斯影响下的自燃过程特性、含瓦斯煤自燃流-固-热-化多场耦合特征、含瓦斯煤自燃监测预警理论应用等亟待突破的瓶颈问题。研究成果可为矿井采空区复合灾害环境下含瓦斯煤自燃监测预警、灾害防治及事故应急救援等奠定理论与技术基础。
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单位煤炭科学技术研究院有限公司; 石家庄铁道大学; 煤矿安全技术国家重点实验室
