电厂烟气注入采空区防火与封存基础理论研究

将电厂烟道气体直接注入煤矿采空区替代传统的注氮，用于防治煤炭自燃火灾，在常温、常压下通过煤岩对烟气的吸附封存部分CO2，实现害灾治理与节能减排的统一。在科学论证电厂烟气注入矿井采空区安全性的基础上，应用理论和实验的方法研究烟气注入矿井采空区的防灾机理、吸附封存机理，并用实验的方法加以验证。调查、实测燃煤电厂烟道气体成分，统计得到烟道气体各成分浓度值，确定安全注气参数。应用模拟实验的方法，研究烟气注入封闭采空区后控制泄漏技术参数以及注入电厂烟道气体后，采空区煤岩介质中气体浓度的分布规律，根据分布规律确定预防煤炭自燃惰化指标和注气量。应用量子化学理论和实验方法研究氧气、烟气与采空区遗煤之间的相互作用机理，煤、岩表面对烟气的吸附机理，揭示电厂烟气体注入采空区的防灭火机理和吸附封存机理。应用模拟实验的方法检验、验证建立理论的正确性。

将电厂烟道气体直接注入煤矿采空区替代传统的注氮，用于防治煤炭自燃火灾，在常温、常压下通过煤岩对烟气的吸附封存部分CO2，实现害灾治理与节能减排的统一。从电厂烟气本身的成分组成及理化性质出发，分析了电厂烟气用于采空区防灭火所体现的窒息、均压、降温和抑爆等特性，统计分析了烟道气体各成分浓度的上、下限和平均值，提出了工作面电厂烟气最高注入量限值的计算方法，确定了安全注气参数；应用数值模拟方法研究了不同电厂烟气注入条件下，采空区不同位置注入电厂烟气后的漏风流场、压力场、温度场、风速分布、电厂烟气在采空区内的运移扩散规律和其影响下的氧浓度分布以及采空区遗煤自燃“三带”的变化规律，建立了电厂烟气注入采空区防火理论；应用量子化学密度泛函理论研究了煤对电厂烟气与采空区主要气体成分O2、N2、CO、CO2、H2O、CH4气体分子的吸附，构建了吸附模型，得到煤与各种气体发生吸附时的亲和顺序为：O2＞H2O＞CO2＞N2＞CO＞CH4，并研究了CO与CH4对煤吸附CO2的影响规律，应用多功能吸附仪、气相色谱仪研究了常温常压下煤对N2、CO2、O2、SO2气体的吸附规律，以及烟气中SO2、N2、H2O对煤吸附CO2的影响规律，验证了理论计算的正确性，建立了有害气体吸附封存理论。研究成果为实现电厂有害气体在矿井采空区有效封存和矿井灾害治理技术与方法的革新奠定了理论基础。