煤体瓦斯解吸过程温度场测量研究

为了研究煤体瓦斯解吸过程温度场变化规律,自行设计加工了含有锗单晶的专用瓦斯吸附缸体,研制了瓦斯吸附解吸过程温度场测量实验系统,并应用红外热像仪对不同水分条件下煤体瓦斯解吸过程温度场变化进行了实验测量.应用SAT软件对红外辐射视频信号进行了数据处理,在此基础上应用希尔伯特-黄对红外辐射信号进行EMD分解,有效的去除了红外辐射噪声信号的影响,得到了瓦斯解吸过程煤体表面温度场的变化规律.实验结果表明,煤体对瓦斯的解吸过程是吸热过程,伴随有温度的变化,煤体解吸瓦斯的同时对外吸收热量,从而使煤体的温度下降;瓦斯解吸所造成的温度下降与水分含量大小有明显的对应关系,煤样水分含量越高,则温度降低的越少,温度下降的幅度也越小.对不同水分条件下煤体瓦斯解吸过程温度变化曲线进行了拟合,其温度变化曲线符合指数函数.研究结果对应用红外热像技术进行工作面煤与瓦斯突出非接触式预测预报奠定了理论与实验基础.     

半无限大煤体瓦斯涌出时温度分布规律的研究

温度变化对瓦斯解吸和涌出的影响非常复杂,根据已有的开采煤层中瓦斯渗流运动特征及瓦斯流动传热理论的文献资料,建立起开采煤层瓦斯涌出时煤体温度分布的数学模型,得出半无限大煤体瓦斯涌出时温度分布规律,为进一步讨论瓦斯解吸及涌出与煤体摩擦产热而引起煤体内部温度的变化打下基础。     

煤岩体吸附、解吸瓦斯过程中动态变形特性的研究进展

为了深入了解煤体吸附、解吸瓦斯过程中发生变形的这一特殊力学行为的研究成果,采用查阅文献资料和综合分析的方法,对煤体的吸附、解吸变形机理,煤体吸附、解吸变形测试方法,吸附、解吸变形影响因素以及对瓦斯运移的影响等相关问题的最新进展进行了全面总结,在综合分析的基础上,紧密结合工程实际提出了在突出演化机制、突出危险性辅助预测方法和瓦斯抽放等领域的进一步研究方向,为今后有效控制瓦斯灾害和开发相应的防治技术提供了可靠的参考资料.     

煤层瓦斯吸附解吸过程中温度信号的小波去噪方法

研究地应力与瓦斯压力共同作用下煤体吸附解吸煤层瓦斯时的温度演化趋势有重要意义,但也发现实验数据因含有较多的噪声而很难获得其真实信号,为此,针对不同实验条件下获得的煤体吸附解吸煤层瓦斯时的温度信号演化的特点,拟采用基于MATLAB的小波去噪方法剔除噪声还原真实信号,以得到真实温度演化曲线。通过对几种常用小波基函数和不同分解层数的对比分析,选用了消失矩阶数较高、光滑性较好的sym8小波基函数中的8层分解,其重构后的温度信号基本去除了高频的噪声信号,且较好地保留了低频以及平稳信号。结果表明,其去噪效果较好,能够较好地反映煤体在吸附、解吸煤层瓦斯过程中温度的演化规律。     

不同变质程度煤体瓦斯解吸迟滞特征实验研究

煤体瓦斯解吸过程与吸附过程相比不具有完全可逆性,解吸相对吸附存在迟滞特征,需要对瓦斯解吸迟滞特征及其相关影响因素进行系统研究。在合理选择拟合模型的基础上,利用煤体瓦斯吸附与解吸动力学实验装置分别开展了煤样在不同变质程度、不同含水率、不同温度和不同粒径下的瓦斯吸附和解吸实验,得到了瓦斯吸附和解吸曲线,计算了不同条件下煤体瓦斯的解吸迟滞系数。结果表明:随着变质程度增加,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积先减小后增大,解吸迟滞程度呈现"U"型变化;随着煤样水分含量增大,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积减小,瓦斯解吸迟滞程度减弱;随着实验温度升高,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积减小,瓦斯解吸迟滞程度减弱;随着煤样粒径减小,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积减小,瓦斯解吸迟滞程度减弱。解吸迟滞特征会对瓦斯含量直接法测定和吸附常数测定产生负面影响。     

煤体基质吸附(解吸)变形规律试验研究

为了更好的掌握煤体吸附(解吸)过程中变形规律,以晋城天地王坡煤矿为例,利用实验室模拟方法,在恒压、环境温度(室温20℃)一定的条件下,研究煤岩基质吸附(解吸)变形规律。实测了不同有效应力及加压方式下煤体的变形量,分析了煤基质吸附(解吸)后的变形规律,得到了弹性阶段煤体变形值与吸附(解吸)量的变化关系,并拟合得出了两者之间的函数关系。通过分析得出以下基本规律:①吸附(解吸)量与煤样应变(解吸过程为收缩变形)随时间的增加而增大,并逐渐趋于稳定,呈现指数分布规律;②吸附(解吸)变形可大致分为三个阶段,即第一阶段吸附(解吸)速度较快,变形量也较大,曲线斜率较大;第二阶段,随解吸量的增加,两者变化幅度相当,曲线斜率接近为1.0;第三阶段,当煤体收缩变形接近原始孔隙体积时,变形量不再增加,曲线斜率接近于零。试验结果为煤矿瓦斯合理抽采及防止煤与瓦斯突出提供了一定的理论依据。     

煤层瓦斯流动理论及渗流控制方程的研究

本文从瓦斯流动连续性方程、瓦斯运动方程、瓦斯状态方程及瓦斯含量方程出发,综述分析了我国煤层瓦斯流动理论和渗流控制方程的研究现状;提出煤层中参与渗流的瓦斯量是煤体瓦斯含量部分量的观点,在假设煤体中瓦斯吸附与解吸过程是完全可逆的条件下,建立起了煤层瓦斯渗流的控制方程。     

软煤层瓦斯恒温吸附特性实验研究

煤层瓦斯吸附特性的研究是掌握煤层瓦斯涌出规律的前提,也是防治煤矿瓦斯事故灾害的基础。为了能够准确掌握软煤层对瓦斯的吸附特性,文中采用HCA型高压容量吸附法,对软煤体瓦斯恒温吸附过程进行实验研究,并与硬煤体进行对比,从而得出软煤层瓦斯吸附特性规律。结果表明:软煤的吸附常数a和b均稍大于硬煤,软煤对温度的变化较硬煤更为敏感,软、硬煤的吸附常数a,b值均与温度T成二次函数关系,且软、硬煤的等量吸附热均随吸附量的增大而增大,软煤的增加幅度要远大于硬煤的增加幅度。该研究结果为研究软煤层瓦斯赋存规律、优化煤矿瓦斯治理技术、保障煤矿安全生产提供理论依据。     

温度变化对煤体瓦斯吸附量影响规律的实验研究

通过对含瓦斯煤层瓦斯气体温度场分布规律研究,提出了煤层中总的瓦斯含量方程中α值的假设与猜想。经过实验,分别研究了定压条件与升压条件下温度改变对煤与瓦斯吸附的影响规律,得到煤体在不同温度下瓦斯的吸附以及渗流规律。实验应用WY98-A型瓦斯吸附解吸仪器,通过研究煤与瓦斯吸附在温度改变的环境下的规律,以及所选煤样在吸附饱和后随温度变化的函数关系,并对瓦斯吸附的饱和吸附量进行了数学拟合,得到其函数关系式。为煤层瓦斯储量计算,及不同阶段瓦斯抽采量计算提供了科学依据。     

不同粒径煤吸附瓦斯过程中的热电效应

选取3种不同变质程度的原煤,制成5种不同粒径的煤粒,并压制成型煤,在压力3 MPa和温度25℃条件下对型煤试样进行等温吸附实验,并利用SH-X多路温度测试仪和CHI660E型电化学工作站测试煤吸附瓦斯过程中的温度变化和电流-时间曲线,基于Clausius-Clapeyron方程和相关性系数,分析和研究不同粒径煤吸附瓦斯过程中煤的热电效应及其相关性,试图从煤的热电效应方面研究煤的吸附能力.结果表明:煤在吸附瓦斯过程中伴随有明显的热电效应,在吸附平衡时,煤的温度升高了0.93 ～ 8.74℃,煤的电阻率比稳定时降低了0.14 ～0.16倍;煤的温度随粒径减小和吸附量的增加而升高,煤的电阻率变化却相反;煤体温度和电阻率变化与瓦斯吸附量变化呈现很强的相关性,相关性系数rw和rd分别介于0.9502～ 0.9899和-0.9316～-0.9916之间,均接近于±1.因此,吸附过程中的热电效应可反映煤的吸附能力,在吸附平衡时,煤体温度变化越大,温度越高,电阻率越小,说明煤的吸附能力越强;相反,说明煤的吸附能力越弱.     

增压流化床锅炉启动特性研究

分别在实验室规模常压模拟增压流化床燃烧室和15MW PFBC－CC联合循环中试电站60t/h蒸发量的PFBC锅炉上进行了增压流化床锅炉启动特性试验研究。试验了热烟气点燃流化床的煤种适应性;研究了加煤床温、加煤速率、埋管受热面积、静止床高、热烟气温度和烟气流量等参数对启动过程的影响规律,验证了为增压流化床锅炉特制的启动系统中带有气封结构的风室的可靠性,考察了增压流化床在深床运动中实施压火后,能再次热启动的条件及所需的燃油量和煤量的变化。在实验室规模装置上得到的较翔实和完整的结构设计参数和试验结果,已经成功地庆用于中试装置的启动运行。研究结果对大型常压和增压流化床锅炉的启动运动有积极的借鉴和指导意义。     

喷吹煤气后高炉热平衡

针对高炉富氧喷吹煤气的新工艺，进行了热平衡和物料平衡计算。通过分析研究得到：当富氧率为10％，喷吹600m^3tFe时，与唐钢1#高炉相比，新工艺的焦比可降低约40％左右。同时炉内还原气氛强、冶炼强度高、能耗少、炉顶煤气热值高，风口理论燃烧温度可进行灵活的调节，高炉上下部热量可达到均衡的分配等特点，彻底消除了喷吹煤粉给高炉冶炼带来的负面影响。高炉富氧喷吹煤气具有十分诱人的开发应用前景。     

价值方程推导及其在节能评价中的应用

热价值理论主要用于评价能量的有效利用程度.在该理论的基础上,结合热力学第二定律,推导出了依附于冷体、热体的价值方程.以加热炉钢坯热装和空(煤)气预热的算例为例,计算了两种情况下依附于钢坯和炉气的热价值和价值.结果表明,价值和热价值均随钢坯热装温度、空(煤)气预热温度的提高而提高;依附于炉气的价值在炉内传热良好且烟气入炉温度达到1 700 K甚至更高时高于其热价值,说明此条件下量得到了比热量更好的利用程度.     

低温环境下煤表面吸附的均匀性试验

 等量吸附热是表征固体表面吸附非均匀性的重要参数.采用高低温吸附仿真实验装置,对九里山无烟煤、新元贫煤、潘北气肥煤进行瓦斯吸附测试,通过计算等量吸附热与吸附量的关系,探讨从常温(30、20℃)降至低温(-10、-20、-30℃)对煤表面不均匀性的影响.结果表明,不同变质程度煤的瓦斯吸附量都随温度降低而增大;在常温时(30、20℃)煤的等量吸附热随吸附量的增大而减小,表明煤表面能量是不均匀的.降温至-10、-20、-30℃时煤的等量吸附热几乎和吸附量无关,表明煤表面是均匀的.煤吸附瓦斯理论Langmuir 方程在低温环境(0℃以下)更加适用.     

电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响

为了探讨地电场对包含在煤层中的瓦斯气体的储存、运移的作用以及如何利用电场采促进煤层气的渗流从而达到提高中国低压低渗煤层的煤层气抽放率等问题,研究了电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响．研究表明：静电场对煤瓦斯吸附特性的影响关键在于静电场的焦耳热效应使煤瓦斯系统温度升高和静电场增加煤表面吸附势阱的深度2种因素竞争的结果,当静电场增加煤表面吸附势阱深度占主导地位时,静电场使煤对瓦斯的吸附量增加,当静电场的焦耳热效应逐渐占主导地位时,静电场使煤对瓦斯的吸附量减少;外加静电场促使煤中瓦斯的渗流;交变电场作用使煤对瓦斯的吸附量减少;交变电场作用促使煤中瓦斯的渗流．     

余热锅炉在韶钢130吨转炉的运用

韶钢新一钢两座130吨转炉配备有两套余热锅炉汽化冷却系统,可以在转炉运行过程中吸收高温烟气中的余热产生蒸汽,一方面降低了烟气温度,便于转炉煤气的回收;另一方面冷却产生的蒸汽可用于发电,有助于冶炼行业的节能降耗.通过分析余热锅炉组成结构和工作原理,针对余热锅炉运行过程中出现的问题采取一定的优化措施,使余热锅炉在转炉炼钢过程中运行更加稳定和节能.     

石嘴山二矿煤样程序升温自燃性测试研究

利用煤样程序升温自燃性测试实验装置，模拟煤自燃发火过程。通过考察煤样的煤温变化、氧气消耗量、一氧化碳产生量及其他气体的变化规律，并确定煤的临界温度、气体产生率、放热强度和极限参数，研究石嘴山二矿煤的自燃倾向性。为石嘴山二矿安全生产、自燃火灾的预测以及防灭火，提供依据。该实验数据精度在90%以上，能够很好的满足现场的要求。     

长焰煤贫氧燃烧放热特性参数实验研究

采用差示扫描量热(DSC)法测试了煤田火区和什托洛盖长焰煤在贫氧、不同氧浓度气氛下的氧化燃烧放热过程;并对热流曲线进行了分峰、积分处理;分析了长焰煤氧化燃烧的放热历程;研究了放热特性参数在贫氧不同氧浓度气氛下的变化规律;进而分析了氧气浓度对煤火空间演化过程的影响。研究表明,长焰煤燃烧放热过程主体分为以煤氧化学吸附和挥发分燃烧放热为主的放热阶段A,和以煤焦及半焦高温燃烧放热为主的放热阶段B。在贫氧条件下,随着氧气浓度的降低,阶段A和阶段B的峰值温度T_a和T_b逐渐升高,阶段A的放热量先增大后减小,并在16%时达到最大;阶段B的放热量逐渐减小。研究确定了16%氧气浓度为煤火空间演化的关键氧气浓度。     

理想气体任意可逆过程吸放热的三种分析方法

在热力学中，对理想气体任意可逆过程的吸、放热缺乏有效的判断和计算方法，本文提出三种简便的计算和判断理想气体任意过程的吸、放热的方法．