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.     

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。     

煤堆自燃的数值模拟及分析

为研究煤堆在自然堆积状态下的自燃影响因素,将不易现场观测的工程实际问题转化为计算机问题.建立了煤堆自然存放的二维模型以及煤堆自燃问题的能量方程和氧浓度方程相耦合的煤堆自燃发火的数学模型.采用多物理场耦合分析软件COMSOL进行解算.结果显示煤堆在第60天时发生自燃现象,到第100 d时煤堆已经完全自燃,并且氧浓度随着时间呈现三带分布.通过改变煤堆的高度和孔隙率后进行解算,显示出煤堆高度和孔隙率增加时,煤堆更加容易发生自燃现象.结果表明:煤堆自燃现象呈现明显的三带分布,并且孔隙率和煤堆高度与煤堆自燃现象的发生呈现正相关.     

古山矿采空区危险区域划分方法比较

为解决古山三井综放工作面采空区自燃防治及危险区域划分的难题,并探究采用温升率划分自燃危险区域的可靠性和确定合理指标值,通过采用现场气体和温度监测与理论分析相结合的方法,研究综放工作面采空区氧气浓度和温度及温升率的分布情况、氧气体积分数划分氧化危险区域分布情况、温升率划分危险区域分布情况,结果表明,在采空区内较深处靠近进风一侧部分区域温度相对较高,采空区距离工作面较近的区域温升率大于1℃/d,埋入采空区越深温升率越小;采用温升率和氧气体积分数法划分采空区氧化危险区域时两种方法之间存在着较大的差别,以温升率在0~1℃/d作为氧化升温带的划分标准更为合理.     

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.     

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。     

褐煤存储管理及损耗试验研究

为了解褐煤在存储过程中的煤质及温度变化规律,优化褐煤的存储管理,对云南区域某种常见褐煤进行现场存储试验。通过现场进行煤堆组堆,预埋热电偶监测试验煤堆温度变化规律,得出了试验煤堆温度变化与存储时间呈指数函数的变化趋势,分析了煤堆易发生自燃部位以及自燃的原因,提出了具体的防治措施和处理方法。通过对试验煤堆按照标准方法进行采制样及化验,分析了试验煤种在存储过程中的主要煤质指标变化,得出了试验煤种的煤质指标随存储时间的变化规律,并拟合出试验煤堆煤质随存储时间变化的回归公式。通过结合褐煤存储过程中的煤质变化及试验煤种市场价格,分析了不同存储时间的煤炭价值损失,为该试验煤种如何进行经济性存煤提供了数据参考,研究将对煤炭的存储管理起到一定的借鉴作用。     

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.     

采空区自燃隔离墙与氮气联合防火技术

为防止下沟煤矿下分层ZF1801工作面采空区自然发火,现场监测工作面实际供风量1 026 m3/min时的氧气体积分数和漏风速度.并基于采空区自燃"三带"划分标准和数值模拟的方法,采用FLUENT软件研究下分层ZF1801工作面采空区自燃带变化规律,确定自燃带的范围,得到采空区自燃带的拟合曲线,提出"堵漏降氧-惰化置换...     

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％。     

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。     

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。     

基于流场模拟的综放面自燃危险区域划分及预测

通过对采空区渗流场的数值模拟,得到采空区渗流速度及氧气体积分数的分布.结合实验测得的煤自燃发火期和自燃临界参数,对采空区"三带"进行划分,并得到了采空区不自燃的工作面最小推进度.该方法计算量比模拟采空区煤自燃全过程少得多,预测精度却能够满足实际防灭火需要.     

采空区自然发火"三带"划分的数值模拟

结合实例，用迎风有限元方法求解回采采空区漏风渗流方程和氧气渗流耗散方程，从理论上说明采空区氧浓度分布的不均匀衡性，用高氧浓度区与蓄热区迭加确定采空区自燃氧化带，以及在各种边界条件下自燃氧化带形状所发生的变化，得出自燃氧化度与工作面风量近似叶负指数关系，由此导出采空区自然发火危险的判定条件。     

变氧浓度条件下崔家寨矿煤自燃特性的实验研究

针对崔家寨矿1#和6#煤层存在严重的自然发火隐患,试验研究了煤样的低温自燃特性.首先试验研究了自燃过程中产生氧化气体和碳氢类气体随温度的变化规律;通过设定不同氧气浓度研究了自燃产物与初始氧气浓度的关系.结果表明温度是影响自燃的重要因素,温度越高,自燃越剧烈;自燃氧化产物随初始氧气浓度增加而增多,在13%～17%浓度达到峰值,之后开始下降.通过煤自然发火标志气体产生规律研究及其临界值确定,为现场制定自燃防治方法提供了依据.     

预注阻化液预防采空区遗煤自然发火技术的应用

采空区煤自燃的根本原因是破碎煤块的表面与大气中的氧气接触后发生氧化分解与碎裂，并放出热量，导致煤堆温度不断上升，逐渐达到燃点。采用煤体注液技术后，高压注入煤层的阻化液可均匀渗入煤体中的孔隙，因此，开采后被丢入采空区的煤体不论如何破碎，破碎煤块均可被阻化液均匀包围，隔绝了与氧气的接触，从而起到防止氧化、延长自然发火期的作用。     

基于热棒降温技术的自燃煤堆热迁移行为数值模拟

为研究热棒作用下煤堆内部传热行为特征及冷却效果,在物理实验基础上,建立了煤堆-热棒系统复合传热模型,采用ANSYS模拟软件,对自燃煤堆在热棒作用下温度场进行数值模拟。通过分析有、无热棒时煤堆内的温度场及温度等值线的变化,对热棒的降温效果进行评价。结果表明,热棒可以改变煤堆内部的热传导路径,帮助煤堆散热。热棒的存在可以使温度等值线向热端移动,而且越靠近热棒位移量越大,形成包围热棒的"马鞍状"降温模态。根据热棒对松散煤体降温的效果,把热棒的作用范围划分为"敏感区"、"过渡区"、"迟钝区"三区,来有效判断热棒的降温半径,给实际应用中控制热棒的密度提供参考。对比实验和模拟结果,模拟值与实验实测值相近,精度较高。     

综放面巷道煤层自燃危险区域判定方法

根据大型煤自然发火实验测定的松散煤体放热强度，耗氧速率，粒度影响函数，研究了对流换热系数与巷道供风量的关系，结合现场实测的煤体温度，空气温度，巷道几何尺寸，供风量和松散煤体内氧浓度等参数，应用能量守恒原理，提出了巷道顶煤和松散煤柱自燃的极限参数计算方法，建立了巷道煤层自燃危险区域的判定条件及划分方法，给出了不自燃区域，可能自然区域，易燃区域和极易自燃区域的量化指标。     

运河煤矿13_下04综放面采空区自燃危险区域划分

针对运河煤矿煤层的自然发火倾向,采用真空泵抽气法和埋设热电阻测定法对采空区气体成分进行测定,掌握了氧气浓度随工作面推进的变化规律.借助测定的氧浓度反推出了采空区漏风强度变化规律.根据获得的氧气浓度、漏风强度变化曲线,利用"三带"划分的极限值法对运河煤矿采空区进行了"三带"划分,并根据工作面实际推进速度确定出自然发火区域为采空区进风侧大于78m的范围.     

利民煤矿采空区自燃"三带"划分现场试验

采空区自燃"三带"划分是预防自然发火的基础工作,在利民煤矿Ⅱ011602工作面回风巷敷设束管(2个测点)监测采空区气体变化,采用氧浓度指标获得了采空区自燃"三带"范围,散热带:0～23 m,氧化带:23～110 m,窒息带:大于110 m。依据煤的最短自燃发火期和自燃"三带"范围,计算获得的工作面月最低推进速度为54 m。研究结果能够为制定采空区防灭火措施提供一定依据。