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。     

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。     

煤自然发火过程温度、氧浓度的时空演化规律

为研究煤自然发火过程不同区域的动态发展规律,使用大型煤自然发火实验台测试松散煤体在恒风量条件下从常温至140℃的氧化过程,分析了温度、氧浓度在时间及空间上的变化规律。结果表明:松散煤体自燃过程温度随煤体高度的变化在不同温度阶段趋势差异较大,高温点由煤体中部位置向着进风侧方向移动;不同煤体高度温度与时间呈现指数增长,70℃前后煤体呈现缓慢和快速增长分阶段特性;松散煤体进风口和出气口两侧氧体积分数18%以上,温度超过70℃后,不同煤体高度的氧浓度随时间增长逐渐下降。     

圆柱形煤自然发火实验台的数值模拟研究

XK型煤低温自然发火实验台能够较好地模拟实际条件下煤体的自燃过程，但由于受模拟实验用煤量大、周期较长、费用较高等条件的限制，不可能对各种不同条件下的煤样自燃过程进行多次实验模拟。为此，本文根据圆柱形实验台结构特点和煤样自燃特点，建立圆柱形实验台煤样自燃过程二维数学模型；然后，应用有限差分法对自然发火模型进行数值计算。最后，以兖州东滩矿煤样自然发火实验为基础，对圆柱形煤样自燃过程进行数值模拟，其结果与实验基本一致。     

用于煤自然发火期预测的神经网络模型和实验技术

根据煤的硫分、灰分以及煤自燃过程中的耗氧速率、CO和CO2产生率等随温度变化的序列值与煤自然发火期之间存在的密切对应关系，建立了前向多层人工神经网络模型，用已有的煤自然发火实验数据对网络进行训练，得到了神经元间的联结强度，从而准确地表征这种对应关系．设计了一套油浴程序升温实验装置，确定了实验试管的尺寸和实验条件，从而能够准确测定煤自燃在不同温度下的耗氧速率及气体产生率．将煤样油浴程序升温实验数据及煤质分析数据代入人工神经网络，可算出煤的自然发火期．与煤自然发火实验相比，该方法测定煤样的自然发火期用煤量减少了99％以上，实验耗时缩短了90％以上，二者测试结果的偏差小于3d．     

煤与氧反应动力学数学模型及其求解

研究煤自然发火的核心是研究煤自然发火机理.在煤氧复合作用学说基础上,建立了煤与氧反应动力学数学模型,通过该模型并结合实验数据,能计算出煤在氧化过程中的一系列动力学参数.计算实例表明,该模型所计算的各项参数能充分反映煤与氧反应的特征,为探索煤自然发火机理以及如何评价煤自然发火危险性提供了一条可行的技术途径.表3,参6.     

多元回归分析在煤自燃预测中的应用

通过对不同煤样中决定自燃的成分进行工业分析,以及实验测得的自然发火期,运用多元回归分析的数学模型,建立了最短自然发火期预测回归方程,并对方程及其系数的显著性作了检验,进行了残差分析.通过此数学模型能直观的反映煤层自燃性与煤的灰分、挥发分、硫分和氧含量对煤层自燃发火期的影响关系,可定性用于煤自然发火期的预测.     

松散煤体氧自由扩散特性的定量分析

以ODT-1型氧扩散特性实验装置为手段，考察测试了不同环境温度、不同粒度松散煤体典型煤样对氧的自由扩散特性。结果表明：煤的破碎程度是氧在煤体表面扩散作用的主要度量因子；环境温度的变化对氧扩散特性的影响关系不大；扩散系数和煤样粒度的倒数之间有明显的趋势关系，在一定程度上可以用来定量描述煤自身本构特性参数对自然发火的综合影响程度。     

圆柱型煤自然发火实验台的误差分析

煤自然发火实验真实的模拟煤低温自燃全过程,跟踪测定煤体的温度、氧浓度和其他气体含量的变化,研究煤的氧化放热特性,实验模拟的关键在于蓄热环境的控制。根据圆柱型煤自然发火实验台的结构特点,在实验结果的基础上,从煤体自然放热量和炉体散热量的角度,理论分析不同温度阶段散热量所占放热量的比率(即散热率)的变化关系,从而得出该实验台中将煤体与保温水层的温差控制在 1℃左右,散热率小于 10%,平均散热率为 6%,实验误差在充许范围内。     

采空区自然发火危险区域判定

针对采空区煤炭容易发生自燃问题,且采窄区发火危险区域尚不明晰,通过对采空区内气体监测以及建立采空区流场和温度场耦合数学模型,采用该模型对采空区自然发火数值模拟,判断出发火危险区域位置,从而对煤炭安全高效生产起到良好的指导作用.     

采空区自然发火动态数学模型研究

根据实际工作面采空区浮煤自然的主要影响因素,在煤低温自然特性实验研究的基础上,推导出了采空区浮煤自然过程的动态数学模型,从而为采空区浮煤自然发火的预测预报及防治技术研究提供理论依据．参４．     

煤低温自燃发火的热效应及热平衡测算法

煤在低温自燃发火过程中的热效应是多种多样的,但主要是煤与氧的化学反应热.通过装煤850kg的大型煤低温自燃发火实验台模拟煤自燃过程,根据实验台测定的温度场变化和传热学理论,推导出计算不同温度时松散煤体低温氧化放热强度的热平衡测算法.通过对不同煤样的自燃发火测试,利用该方法推算出不同的煤在相同温度下的放热强度,为煤自燃特性的定量分析及自燃发火预测提供了理论依据.图1,表1,参8.     

放顶煤开采采空区自然发火数值模拟的应用研究

本文针对新峪矿5112工作面的特征,根据采空区内的气体质量守恒和浮煤与气体的能量守恒利用数学方法建立采空区内流场方程、氧浓度场方程和温度场方程,并根据采空区的实际状况设定相应的边界条件,得到采空区内的温度分布,从而预测在不同的条件下预测采空区内自然发火状况.结果表明,该煤层注入阻化剂后采空区煤自然发火危险性均有大幅度降...     

地面储煤堆自燃规律的实验研究

通过现场实测和实验室试验,在分析地面储煤堆自燃规律的基础上,研制出可伸缩深基点测温仪表,并应用于大同矿务局煤峪口矿露天储煤场,得出煤堆自热层、自燃层深度值及煤峪口地面储煤堆自燃的内在特性。     

陕北神府煤田煤层自燃特征及其勘探方法

本文根据陕西神府煤田煤层自然面积大、强度高、延展深的特点,研究了自燃的基本特征和分布规律.提出了煤层自燃的三级烈度,探索了煤层自燃使煤层变薄与形态以及自燃区大小与煤层结构及厚度的关系、对煤质和自燃煤层范围大小的影响等。通过野外观察和勘探实践,提出了有效的勘探方法与辅助手段。对确定煤层纵横边界线、探明自燃区煤田储量有重要意义。     

综放采空区抽放条件下自燃"三带"分布规律

主要从抽放条件下综放采空区的特点出发,对综放采空区抽放条件下的自燃危险区域进行划分。利用大型煤自然发火实验台,对铜川下石节煤样自燃特性参数(耗氧速度、放热强度和煤层最短自然发火期)进行了实验测定,为抽放条件下综放采空区渗流场的数学模拟提供了基础数据;建立了抽放条件下采空区渗流、氧化和扩散的数学模型,并利用数值模拟对该模型进行求解,得到了抽放条件下综放采空区内的氧浓度分布和漏风强度变化规律;利用数值模拟得到的氧浓度和漏风强度分布结果,结合自燃特性参数,对抽放条件下自燃"三带"进行划分,确定了综放工作面的极限推进速度,为高瓦斯矿井采空区早期自然发火预测及火区治理提供依据。     

综放采空区二氧化碳防灭火参数确定

为了实现快速惰化采空区抑制煤氧化而解决针对煤层自燃火灾的防灭火参数问题,采用数值试验方法,通过建立综放采空区注二氧化碳条件下渗流场和浓度场的三维模型,研究了注二氧化碳121不同位置、不同流量时综放采空区自燃"三带"的分布规律.结果表明:最佳注二氧化碳口位于进风顺槽距工作面约20m的采空区,注二氧化碳后氧化升温带最大宽度由进风侧移动到工作面中部,随注二氧化碳流量增加,采空区氧化升温带的最大宽度近似呈线性降低,据此提出了注二氧化碳最小流量的计算方法.该成果对煤层自燃火灾的防治具有一定的参考价值和指导意义.