堆放方式对煤堆自燃升温过程的影响分析

为了研究露天煤堆自燃过程中温度的变化特征及其影响因素,在考虑风压、热压和质量扩散等驱动力的情况下建立了二维干燥煤堆传热传质数学模型,利用FLUENT软件对煤堆内部各类场信息进行分析。结果表明:干燥煤堆升温过程大致符合指数特征,在文中设置的边界条件下,高温点位于煤堆中下部,距迎风面大致3 m;煤堆高度越高,内部升温速率越快,其对升温速率的激励影响主要体现在自燃后期;放缓迎风角能降低升温速率,使高温区向迎风面移动;分粒径堆放可显著减缓煤堆升温速率。根据结论,煤堆放置应根据实际条件尽量降低煤堆高度,放缓坡迎风倾角,并将粗细粒径分区堆放,以延长安全存放时间。     

露天煤堆自燃过程中“三带”分布的动态特征

为了准确划分煤堆自燃过程中的重点监测区域,利用数值模拟方法分析了煤堆自燃带分布的动态变化特征,结果表明:煤堆自迎风面向背风面会形成散热带、自燃带和窒息带,自燃带温度代表了煤堆的自燃危险性.自燃带的位置会随着时间逆风向迎风面移动,以温度和氧气指标划分的自燃带宽度具有不同的变化趋势.依据研究结论,自燃初期宜采用氧气指标,后期采用温度指标划定自燃带区域.     

煤巷高冒区自燃升温特征的数值模拟

为了了解煤巷中高冒区由自燃引起的温度变化规律,利用数值方法分析了高冒区内漏风趋势,以及100 m长度煤巷温度受高冒区自燃的影响,并与热成像采集数据进行了比对.结果表明:迂回进出高冒区的漏风引起温度上升,高温区位置与以漏风风速标准划分的易自燃区吻合;高冒区自燃会沿风向引起下游碎煤同时升温,并连成一片;充分供氧前,风速提高会加快高冒区升温速率,充分供氧后,则反之,而孔隙率对升温速率影响仅体现出单调增减关系.依据研究结论,控制煤巷自燃首先应对高冒区及时密闭,完全密闭情况下可显著降低高冒区内温度,并防止由自燃衍生出的二次高温区,条件允许时应尽量延长密闭墙长度.     

煤自然发火过程中的放热特性实验研究

根据煤氧复合理论,煤自燃是由于煤和氧接触发生氧化反应放出热量引起煤温度升高达到煤的自燃点而发生的。故煤的氧化放热特性反应了煤自燃能力的强弱。为测定煤的放热能力大小本文设计了煤的氧化升温实验,并采集薛村煤矿2#煤层、4#煤层、6#煤层三组煤样进行了实验研究。实验中对低温条件下不同温度时煤样对氧气的消耗速率、CO的生成速率及CO2的生成速率进行了测定,并根据其测量值对煤样的放热强度进行了计算,绘制放热强度与温度关系的散点图。然后运用回归分析方法,分析了煤氧化升温过程中放热强度与温度的关系。在低温阶段临界温度前后煤的放热强度与温度都呈线性关系。在临界温度之前煤的放热强度较低,而达到临界温度后煤的放热强度会急剧增加。研究结果对煤自然发火的防治具有重要意义。     

基于热棒防灭火技术的煤自燃区域热迁移特征

为进一步掌握煤自燃蓄热区域的热迁移特征,系统论述煤自燃热棒防灭火技术原理、治理流程和工艺方法,基于自行设计的煤堆-热棒实验测试平台,分析煤堆-热棒-空气系统热阻网络,研究热棒作用下煤堆内部热量迁移行为及效果评估参数。研究结果表明:热棒的强化散热特性能够持续加快煤堆内部热量散失,煤堆-热棒-空气系统的总热阻是4.193 7℃/W,热棒工作167 h的散热量为3.30 MJ,煤堆温度最大降幅达到33.2℃,降温率为39.6%。实验条件下热棒对煤堆的有效降温半径为0.37 m,煤堆内各测点温度均被控制在自燃临界温度范围以内,煤堆因自燃引起的温度升高过程受到显著抑制,煤堆氧化升温速率被削弱。随着离热棒边缘距离增大,热棒对煤堆内部温度场的分布影响逐渐减小。工业试验现场地面以下0.40 m和1.70 m这2根热棒安装部位处的温度均在75℃以下,煤自燃受到明显抑制。热棒对于煤自燃高温区域的降温优势明显,对于煤自燃防治工程来说,根据煤自燃灾害"防—控—灭"分区综合治理思想合理设计热棒防灭火技术方案,防止复燃,能够最大限度地提高煤自燃治理工程的有效性和经济性。     

尾巷瓦斯抽采下采空区煤自燃升温的数值模拟

针对尾巷抽采瓦斯抽放对长壁工作面采空区煤自燃升温影响的问题,利用化学反应动力学理论和换热关联式建立了包含热源和空气与固体换热关系的煤自燃升温模型,借助FLUENT软件计算了不同条件下采空区氧气稳态分布情况和温度动态变化过程。结果表明:同未抽放相比,深部大流量的瓦斯抽采会显著改变采空区流态,造成氧气向采空区纵深发展,煤自燃引起的升温速率会明显加快,高温区域范围扩大并向后移动。注氮可以将一定范围内的氧气浓度控制在较低的水平,并对控制范围内高温区域的升温速率随着时间推移起到不同程度的抑制作用,但对抽放口附近区域的温度抑制帮助不大。     

煤自燃的热量积聚过程及影响因素分析

煤氧化产生的热量在一定蓄热环境下被积聚起来，当积聚的热量能够满足煤自燃发展的需要时，媒体温度不断上升，最终导致自燃。热量的积聚在煤自燃过程中起着关键的作用。根据热力学、传热学理论，推导出煤自燃的热量传递方程及媒体升温的必要条件，分析了煤自燃的热量积聚过程及温度、浮煤厚度、空隙率、漏风强度对媒体蓄热升温的影响。     

煤堆温度远程监控系统的设计与实现

为了预测煤堆自燃可能性,利用在煤堆中布设温度传感器,通过准确及时的监控煤堆温度分布与变化,从而达到预防预报煤堆自燃的目的.通过硬件设计,在地面煤堆中埋入多个ds18b20数字温度传感器,利用STC89C52单片机采集温度数据,并通过RS-485串口传回主控计算机,实现对煤堆温度的实时监测;在软件方面:采用Visual C++和数据库技术编写的上位机软件实现了温度的实时显示、曲线绘制、高温报警、数据存储、分析等功能.煤堆温度远程监控系统能够用于测量煤堆温度场分布,是预报煤堆自燃发火的有力工具.     

压实防治煤堆自燃的适用性

为明确煤堆压实的适用性,使用COMSOLMultiphysics5.0数值仿真软件,建立变风速条件下不同孔隙率煤堆自热-自燃的二维数值模型,研究孔隙率(0.2~0.6)变化时煤堆在不同风速下(0.1~11.5 m/s)的最高温度,确定了不同孔隙率煤堆的自燃风速范围,比较煤堆压实前后最高温度与自然发火期变化,分析了煤堆压实的适用性.研究结果表明:随风速增加煤堆最高温度呈双指数变化;孔隙率越小自燃风速范围越宽,最小、最易、最大自燃风速与孔隙率之间具有负指数关系;压实可以对原孔隙率0.6的煤堆起到有效的保护作用,孔隙率0.5、0.4、0.3的煤堆分别在风速大于0.9 m/s、1 m/s、1.4 m/s时压实后,最高温度不降反升,自然发火期明显缩短;说明煤堆压实因煤堆孔隙率和环境风速不同存在不适用范围.     

褐煤自然发火特性实验及数值模拟

 为研究褐煤的自然发火特性,采用恒温加热法,对不同尺寸的立方体网状容器内的煤样进行实验,得到煤样的升温曲线和临界自燃点温度。根据实验条件,应用Fluent软件建立煤样升温过程的温度场、空气渗流场和氧气浓度场三场耦合模型。实验与模拟结果表明：煤体体积越大,临界自燃温度越低;当环境温度高于临界自燃温度值,煤体能够自燃,反之煤体不能自燃;煤体升温过程中的温度场、空气渗流场和氧气浓度场是随着时间变化并且相互影响的。     

华亭煤纯氧-水蒸汽地下气化模型试验研究

通过地下气化模型试验，获得了华亭煤纯氧-水蒸汽地下气化过程的一般规律．研究了汽氧比对煤气组成的影响、气化过程的稳定性以及试验条件下的煤层气化速率变化，进行了相同条件下的物料衡算．试验结果表明，纯氧煤炭地下气化，可以利用煤层合水或顶板淋水生产水煤气．华亭煤纯氧-水蒸汽地下气化可以获得合格的合成氨原料气，但需根据气化工作面的移动及煤气组成交化，采用移动点供风气化维持气化过程连续稳定进行．气化过程的物料衔算可以用来预测气化煤气的基本组成．汽氧比影响煤气组成变化，试验条件下适宜的汽氧比范围为1．5-2．煤层气化速率在供风点附近出现最大值，试验条件下的平均水平气化速率为4cm／h，平均横向气化速率为1．5cm／h．     

用阻化剂防灭火技术安全回采易燃分幅工作局面

论述了铁法煤业集团晓南矿利用凝胶阻化 剂防灭火技术，对采煤工作面漏风通道的检测及对漏风带合理布置防火钻孔，向防火钻孔注凝胶，同时对采空区及高冒顶区实施汽化阻化防火，起到了煤层堵漏隔绝供氧、阻化降温的作用，从而实现了易燃分幅工作面的安全生产。     

火灾条件下气承式膜结构内压FDS模拟

以气承式膜结构为研究对象，利用火灾模拟软件FDS，在考虑亚格子网格中的气体渗漏的条件下，对气承式膜结构无火情况下内压的影响因素以及有火情况下内压的模拟方法开展了研究.结果表明，气承式膜结构的内压模拟应考虑进风量和渗漏面积影响，且进风量越大，渗漏面积越小，对应的内压稳定值越大.基于理论推导和数值模拟结果，得到了考虑进风量和渗漏面积影响的气承式膜结构内压预测公式，且公式预测结果与模拟结果吻合较好.对气承式膜结构有火情况下内压的模拟研究发现，点火时的内压、火源的热释放速率仅影响内压的变化过程，对内压的稳定值没有影响.因此，在内压为0Pa时引燃火源，可以得到火灾内压的极大值，并节约模拟时长.     

液态二氧化碳防灭火装备及其工程应用

 为有效消除矿井火灾隐患, 保障井下作业人员安全, 避免煤炭资源的损失扩大, 研制了液态二氧化碳CO₂(l)的储罐、地面汽化防灭火系统和井下直接防灭火系统.储罐的自增压系统可使CO₂在其内保持液态状态而不结冰;CO₂(l)的地面汽化灭火系统可以将CO₂(l)在地面运用电热汽化器和空温汽化器汽化, 气态的CO₂在稳压罐内稳压达到1.5MPa后, 以0.5MPa的压力通过管道输送至火区进行防灭火;CO₂(l)防灭火列车可以直接将其运到煤矿井下的高温地点或火区附近, 快速降温、灭火.照金煤矿122综采工作面防火工程实践表明, CO₂(l)可以快速有效降低火区环境的温度、氧气和煤自燃指标气体浓度, 消除火灾隐患.     

混烧锅炉富氧燃烧的数值模拟

富氧燃烧会对煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧特性产生重要影响.以130 t/h煤粉和高炉煤气混烧锅炉为研究对象,采用Fluent流体力学软件,对助燃气体(O2/N2)在3种不同氧气体积百分数(21％,23％,27％)工况下煤粉和高炉煤气混烧锅炉炉内的燃烧过程进行数值模拟.模拟得到3种工况下:炉内的温度场分布,烟气流场特性,火焰长度.模拟结果表明:随着氧气浓度的增加,燃料着火速度更快,燃烧更稳定,出口烟温逐渐降低,炉内烟气流速逐渐减少,强化了炉内传热效果,提高了锅炉热效率.     

隧道火灾集中排烟时机械补风风速研究

 火灾集中排烟模式下,隧道两端射流风机需向隧道内部补充新风,以使排烟区域向火源附近排烟口方向集中,缩小烟气影响范围。从烟气控制效果出发,提出排烟效率、烟气蔓延范围、能见度3个指标作为判定合理机械补风的依据。以某越江隧道工程集中排烟为例,采用火灾动力学模拟软件FDS对-2.8%坡度隧道在不同排烟口开启方案(上游3个/下游3个、上游2个/下游4个、上游1个/下游5个)、不同纵向补风风速(0、1、2、3m/s)下的12 组火灾工况进行模拟计算。结果表明:纵向补风风速对集中排烟效果影响显著,本隧道区段火灾集中排烟时的合理纵向补风风速为2m/s,小于纵向通风时的临界风速值。     

地温对煤层自燃危险性的影响研究

研究了地温地煤层自燃危险性的影响,通过分析煤体氧化放热性,自燃蓄热条件和供氧条件与地温的关系,推导出煤温与砂氧速度和放热强度的关系式、热风压和升温必要条件的表达式,同时在煤自然发火实验台上进行了实验研究,研究结果表明,由于地温的作用,增强了煤体自身的氧化放热性能,同时改善了自然的蓄热条件和供氧条件,增大了煤体的自燃危险性,该项研究对于进一步完善自燃理论,以及促进煤层自燃防治技术的发展具有一定的实际     

农村装配式住宅侧墙送风系统室内气流组织研究

针对装配式建筑特殊结构形式对暖通空调(heating,ventilating and air conditioning,HVAC)系统新的挑战与机遇,结合置换通风优势以及装配式住宅建筑墙体空间结构特征,开展了装配式住宅侧墙通风系统集成研究.采用数值建模研究手段,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)计算平台,在诠释系统架构与运行方式基础上,重点分析了该新型系统运行效果表征关键环节,即室内气流组织效果.选择了夏季室内三种不同送风模式以及传统射流送风方式进行对比分析,并以风速不均匀系数、空气扩散性能指标以及通风效率等作为系统性能评价指标.研究结果表明:在相同的制冷量限定条件下,大面积侧墙下送上回和中送风工况的风速不均匀系数、空气扩散性能指标、通风效率分别为0.432、0.963、1.279和0.386、0.926、1.574,优于传统射流送风方式的0.552、0.483、1.081.尤其采用中送风模式下,室内工作区内温度较低,在满足室内设计温度的条件下具有节能潜力.该装配式住宅侧墙送风系统,不仅可提高室内热舒适性,而且能一定程度上降低建筑能耗,为装配式建筑与暖通系统的融合与一体化设计开拓了新思路.     

地面储煤堆(矸石山)自然发火蓄热高温区域的热棒深部移热技术

 地面煤堆和矸石山自燃的问题是煤炭开采和储运过程中遇到的诸多难题之一。热棒在无源冷却系统中具有强大的热量传输能力,为防止煤堆（矸石山）因蓄热而导致自燃,提出了使用热棒加快煤堆热量散失速率,破坏蓄热环境,进行深部移热的方法,防止煤堆（矸石山）自燃。重点讨论专用热棒在煤堆自然发火蓄热高温区域移热实践中面临的设计方法、基础参数、性能、实施装备和工艺等方面的技术难题,并给出解决思路。     

主辅喷嘴供气压力对筘槽内引纬气流速度的影响

结合喷气织机主辅喷嘴在异形筘中引纬的工艺参数,基于Fluent对不同供气压力下的主辅喷嘴和异形筘的组合流场进行数值模拟。通过改变主辅喷嘴的供气压力差,得到组合流场内沿主喷嘴出口轴线方向速度分布曲线,对比不同供气压力差下的筘槽内轴向引纬气流速度,寻找最优的供气压力差组合。通过实验测量筘槽内引纬气流速度,与数值模拟结果进行对比,验证了数值模拟的可行性。结果表明:当主喷嘴和辅喷嘴供气压力差在0.05~0.1 MPa时,引纬效果较理想,轴向气流速度有明显的提升,且气流速度衰减较为缓慢。