干燥煤堆自燃升温特征的数值模拟

为了了解露天煤堆自燃升温过程中温度变化特征,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软件对煤堆内部漏风、氧气与温度各类场信息进行分析.结果表明,煤堆自燃环境的特点是迎风面漏风强度和氧气浓度最高,背风面最低,中间递减,高温区位于迎风坡附近漏风强度适中,氧气充足的蓄热区.风速与孔隙度对煤堆自燃升温速率影响最显著,迎风倾角其次,环境温度对升温速率的影响很小.模拟结果与煤堆升温实验数据在趋势上比较符合,现场可根据计算结果事先大致判定火源位置,缩小侦测范围,以便及时采取措施,提高防火工作效率.     

大断面全煤巷高冒区自燃过程的三维数值模拟

通过对大断面全煤巷道高冒区特点和影响煤炭自燃因素的分析,根据多孔介质流体动力学、传热和传质理论,建立了高冒区松散煤体自然发火过程三维数学模型。以枣泉煤矿11201面巷道高冒区为例,利用Fluent软件进行了数值模拟,得到了遗煤不同时间各位置的温度场和氧浓度场分布,分析了高冒区自然发火的过程及高温区域的移动规律,明确了高冒区松散煤体的中下部区域为最易自然发火区,是现场防治高冒区自然发火的重点区域。现场实测数据验证了数值模拟结果的合理性。     

以氧指标划分采空区自燃“三带”的实验研究

用煤升温氧化实验装置测定不同供氧浓度下煤样尾气中的Ｏ２，ＣＯ，Ｃ２Ｈ２等组份，绘出氧体特性曲线，由曲线标示的激烈氧化温度开始升高、激烈氧化速率开始降低作为判断煤氧化供氧是否充分的标准，划分不自燃带和可能自燃带的合理氧指标为１８％；以激烈氧化阶段不在煤着火温度以下出现作为判断氧化窒熄的标准，划分不自燃带和可能自燃带的合理氧指标为５％或６％。     

沿空侧煤柱耗氧-升温的三维数值模拟

为研究综放工作面沿空侧破碎煤柱耗氧和释热对自燃发展过程的影响,构建反映煤柱内部氧化升温关系的三维数值模型,利用FLUENT软件对其流场分布进行数值解算.研究结果表明:巷道内空气向顶煤和煤柱渗流—扩散效应明显,渗流影响范围从进风口向出口递减,破碎煤体具有比煤层更好的氧化条件.高温区在空间上位于进风处附近,煤体内部升温速率不但随着时间的增加呈现加速,整体温度分布也有上移的趋势.在煤质一定的情况下,巷道风速会使自燃更加恶化.该研究结论可以在现场防火工作中,事先对煤体破碎程度、释热能力、巷道风量和氧化时间进行综合评估,缩小火源探测范围,提高防火工程效率.     

倾斜高瓦斯煤层抽采条件下采空区漏风规律数值模拟

为研究高瓦斯易自燃煤层采空区漏风规律,运用理论分析及数值模拟相结合的方法,开展不同伪斜长度、有无高位钻孔布置以及不同抽采负压条件下采空区氧浓度分布及漏风速率研究。结果表明:无伪斜工作面的氧浓度减小速率大于有伪斜工作面,有伪斜工作面进风侧漏风速率明显大于回风侧,但中部漏风速率均大于工作面两侧;采空区布置高位钻孔抽采瓦斯时,其回风侧漏风程度明显增大,同时增加了8%～18%氧浓度的分布范围,但对进风巷道内氧浓度的变化规律几乎无影响。增大抽采负压时,采空区漏风流场整体向回风侧加大,采空区漏风流场与抽采负压变化成正比,但整体漏风流场宽度基本保持一致。同时,增大抽采负压对回风侧氧浓度分布范围起到极大的促进作用,其氧化升温带增大12～28 m。研究结果为掌握实际矿井中有无伪斜、不同钻场瓦斯抽采及其不同抽放负压情况下的采空区漏风流场变化规律,及判定自燃危险区域提供了一定的理论依据。     

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。     

矿井火区粉煤灰胶体充填封堵材料的试验研究

采空区或巷道漏风供氧是导致矿井煤层自燃的主要原因之一。该粉煤灰胶体充填封堵材料是由粉煤灰、水、水玻璃、羧甲基纤维素、碳酸氢氨化肥等制备而成，当其比例为120：100：15：0．05：2时，初凝强度较大，8d后强度大于2MPa，已能够替代塑性胶体(黄土)充填封堵材料，可在井下巷道中建立密闭墙，堵塞漏风，满足巷道封堵需要。并通过2m高的墙体试验，考察了浇注工艺，从而为防止煤层自燃或者为了防止有害气体扩散建立密闭墙提供了一种行之有效的方法。     

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。     

稀酸水解木素的热失重特性及其动力学分析

采用热重分析的方法研究了稀酸水解木素在不同升温速率时的热解特性及升温速率对热解反应的影响,并根据微分热重曲线,建立了动力学模型,计算了热解反应的动力学参数.结果表明:200～450℃温度区间是水解木素热解的主要阶段;随着升温速率的增大,热重曲线向高温区移动,升温速率为10、20和30℃/min时,失重速率分别在311.9、323.8和338.1℃左右出现最大值,且微分热重曲线均只出现一个较大的失重峰.根据Coats-Redfern法,稀酸水解木素在不同升温速率下的热解可用两个一级反应表示,随着升温速率的提高,活化能有所降低,低温区稀酸水解木素的活化能在18.27～18.47kJ/mol之间,高温区的在74.45～84.37kJ/mol之间.     

综合灭火法在矿井火灾防治中的效果分析

忻州窑矿14#层305盘区皮带巷由于巷道冒顶使得11#层采空区与14#层皮带巷产生漏风通道发生煤炭自燃。通过对火区发生区域及性质进行分析，为了有效地防止火灾范围扩大，在灭火期间分别采用了封闭、注MEA发泡材料、注惰性气体和灌浆等综合防灭火技术，有效地控制并治理了忻州窑矿14#层305盘区皮带巷高冒区的自燃火灾，降低了火灾所造成的损失。     

巷道高冒封闭火区燃烧状态及表面温度场演变规律

受早期小窑私挖乱采的影响,整合矿井往往面临废旧巷道或采空区遗煤多、漏风严重且复杂,煤自燃危险性大的难题,为了判断巷道高冒封闭火区的燃烧状态及其火区发展趋势,采用煤自燃低温氧化试验研究山西朔州某矿4+9号煤层火灾指标气体及其变化规律,现场收集火区内气体初步判断火区燃烧状态,最后利用红外热成像仪圈划火区表面温度区域,定位巷道顶煤火区表面高温点并分析火区巷道表面温度场变化趋势。研究结果表明:在煤低温氧化进程中CO,C2H6和C2H4等指标气体将在特定的温度等条件下自发产生,利用指标气体出现温度和随温度变化趋势,可以初步判断火区燃烧状态及发展方向;通过巷道表面温度场能够圈划浅部隐蔽火区大致范围,验证火区燃烧状态,判断火区发展趋势,预测煤自燃的危险性,能为火区危险性预报和治理提供可靠依据。研究成果对隐蔽火源燃烧状态和发展方向分析具有一定参考价值,能够为具有类似条件的矿区防灭火工作提供借鉴。     

采空区瓦斯抽采与煤自燃共生灾害特征实验研究

针对高瓦斯易自燃矿井采空区瓦斯与煤自燃共生灾害问题,研究了瓦斯抽采与煤自燃共生灾害特征及致灾机理,采用程序升温实验的方法,分析了漏风量供氧对煤自燃氧化的影响规律,在某矿S1工作面进行了现场监测实验,得出了瓦斯抽采条件下采空区CH_4体积分数、O_2体积分数及温度的影响规律。研究结果表明:随着温度和漏风量的增加,CH_4浓度逐渐增加,O_2浓度逐渐降低,CO的出现温度为110～130℃,在温度大于300℃时解吸量呈现出指数增长趋势;随着采空区深度的增加,CH_4浓度呈现出浅部增加较大深部趋于稳定的趋势,O_2从20.8%逐渐减小到7.7%,温度从22.3℃逐渐升高到24.3℃;划分了瓦斯抽采采空区"三带"分布,工作面散热带宽度为85 m,氧化带为85～210 m,窒息带为210 m以后,其中氧化带宽度增加是非瓦斯抽采采空区的2倍以上。研究成果对瓦斯与煤自燃共生灾害的防治提供理论支撑。     

综放面采空区遗煤自燃危险区域判定方法的研究

根据大型煤自然发火实验测定的松散煤体放热强度和耗氧速率，通过测定采空区氧浓度分布状况，推断出采空区漏风强度分布规律。根据能量守恒原理，结合采空区实际的浮煤厚度、漏风强度和氧浓度的分布，提出了采空区遗煤自燃极限参数的计算方法，构建了煤自燃危险区域判定的必要条件，根据采空区氧化升温区的宽度和遗煤最短自然发火期，提出了能引起自烯的最小推进速度计算方法，从而构建自烯危险区域判定的充分条件，采用煤自然发火二维数学模型，推算出实际生产条件下采空区自燃危险区域的最短自然发火期。     

综放面自燃危险区域及最小推进速度的确定

通过实验测定煤的自燃特性参数 ;由现场观测和理论分析确定综放面采空区浮煤、漏风和氧浓度的分布情况 ,然后根据实际条件下浮煤自燃的极限参数 ,将采空区划分为窒熄带、氧化升温带和散热带 ;最后根据综放面实际推进速度和最短自然发火期判定出采空区自燃危险区域 ,并确定出保障综放面安全的最小推进速度     

川东地区煤自燃危险指标及极限参数

为研究川东地区煤氧化升温过程中的自燃特性,采用程序升温装置测试了川东地区7个矿井煤样在氧化升温过程中的放热强度和耗氧速率,分析了不同温度下各煤样气体产物以及自燃极限参数的变化规律。结果表明:放热强度与耗氧速率的变化趋势一致,同一温度升高,二者先略微增加,然后以指数形式快速增大。随着温度的逐渐升高,各个矿井煤样的CO和CO_2浓度都表现出逐渐增加的趋势。相同温度下,CO_2浓度明显大于CO浓度,CO和CO_2比值与煤温有着很好对应关系,能反映出煤样被氧化的程度。CH_4,C_2H_6和C_2H_4浓度随温度升高逐渐增大,不同矿井煤样的C_2H_6和C_2H_4产生的起始温度不同,CH_4产生量的差异性随温度升高逐渐增大。最小浮煤厚度与下限氧体积分数的变化趋势一致,随着温度的升高,二者先增大后逐渐降低,上限漏风强度随着温度的升高先降低后升高。     

合肥市城市热环境的空间变化及其驱动力分析

合肥市在进入21世纪后城市扩张十分迅速,城市热环境也随之发生改变.本文借助RS和GIS相关软件的支持,利用TM影像反演出地表温度并将其归一化处理.通过对比1995年9月18日和2007年10月5日的地表温度分布图和统计表发现在12年中研究区的热岛区域面积由68907600m2减少到66896100m2,减少了2011500m2;合肥市的热岛集中区由1995年的东部向2007年的西南部转移;老城区保护较好,在离合肥老城区中心0-2km的环形缓冲区内,低温、较低温、次中温和特高温的面积比例变化很小,高温区的面积减少,基本转变成中温区和次高温区;在2-5km的环形缓冲区内,各等级温度区变化较大;在5-13km的缓冲区范围内,较低温区和次中温区的面积一直在减小,低温区、次高温区和高温区的面积在增加.     

杉木树矿S3012工作面采空区自燃发火规律研究

研究采空区自燃发火规律对矿井火灾防治意义重大。对杉木树矿S3012工作面煤样进行工业分析并测试得出,CO和C_2H_4可做为该煤层自燃发火的标志性气体。收集现场监测数据并计算采空区自燃三带分布,与模拟理想条件下自燃三带分布相比较,发现保持严格密闭减少漏风有利于防治采空区自燃发火。根据采空区自燃发火的规律,确定出合理的工作面推进速度为6. 15 m/d,结合现场实际情况提出有效的防灭火措施。     

分阶段放顶煤对采空区漏风控制作用

为预防采空区自然发火和摆脱工作面相邻破坏区火灾威胁,借助数值模拟手段,充分对比分析全断面放顶煤和分阶段放顶煤对采空区氧化带和漏风矢量的影响规律.研究结果表明:分阶段放顶煤技术能够显著降低采空区漏风速度,能够明显改变漏风方向,降低向采空区回风侧的漏风,可以使上端部自燃氧化带范围降低为原来的1/3左右.各项指标优势明显,充分论证说明分阶段放顶煤对采空区漏风的控制作用和工作面回采期间安全穿越巷道附近老火区具有重要作用和意义.     

综放面自燃危险区域及最小推进速度的确定

通过实验测定煤的自燃特性参数；由现场观测和理论分析确定综放面采空区浮煤、漏风和氧浓度的分布情况，然后根据实际条件下浮煤自燃的极限参数，将采空区划分为窒熄带、氧化升温带和散热带；最后根据综放面实际推进速度和最短自然发火期判定出采空区自燃危险区域，并确定出保障综放面安全的最小推进速度。