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。     

东荣二矿煤自燃倾向性实验测试

采集东荣二矿17#煤层煤样,利用“XKⅢ型“煤低温自然发火实验台进行测试,模拟现场散热情况、漏风状况及浮煤厚度,依靠煤自身氧化放热升温,得出随煤温升高的耗氧速度、CO产生率、CO2产生率、放热强度、煤自燃极限参数等的变化规律,研究煤的低温氧化放热特性,预测煤的临界温度和干裂温度、实验最短自然发火期及自燃倾向性.实验表明:煤样起始温度为20℃时,最短自然发火期为46 d;临界温度为60～75℃、干裂温度为90～110℃、浮煤厚度小于0.7 m、下限氧浓度在60℃左右,浮煤不自燃.     

东滩煤矿3层煤自然发火特性的实验研究

结合东滩煤矿的现场实际,采用ZRM-15型煤自然发火实验装置对东滩矿煤样进行了历时78 d的煤自然发火实验,模拟了从常温至452.7℃煤自燃的全过程,掌握了煤自燃高温区域的发生、发展及其动态变化过程和指标气体体积浓度随温度的变化趋势。实验结果表明：实验装置内煤体高温点动态变化的总趋势是由煤体中上部向下部移动。氧化初期,距供风表面一定距离的炉体中上部温度变化较快;随着煤氧化时间加长,温度变化较快的区域不断向进风侧移动,高温点最终移至供风侧煤体表面,形成明火。     

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.     

煤自燃特征信息的模糊聚类与模式识别

研究煤自燃特征信息,确定煤自然发火预测指标,实现煤自燃的早期预报,对煤矿的安全生产具有重要的实际意义.根据煤样自燃发火过程模拟实验和程序升温实验,得出煤自燃特征温度段,依据多元信息融合技术,结合现场采集煤自然发火观测气体数据,应用模糊聚类的方法,提取煤自燃多项指标信息的特征,并采用模糊模式识别的方法,确定出煤自燃特征信息及其与特征温度段的对应关系,从而实现煤自燃状态的识别和早期预报.     

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.     

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。     

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．     

大同云冈矿"两硬"条件下综采放顶煤开采探讨

针对云冈矿坚硬顶板、坚硬煤层、高瓦斯、易自燃特厚煤层的特殊条件综采放顶煤开采的巷道布置、顶板与顶煤的弱化、瓦斯与自然发火的防治等进行了探讨。     

采用前向多层神经网络预测煤的自然发火期

煤自燃是煤氧复合的结果,在不同温度下煤氧复合的耗氧速率及CO、CO2产生率与煤的实验自然发火期之间存在复杂的对应关系,采用S型函数的前向多层人工神经网络来描述这种对应关系,用煤自然发火实验测定的数十个煤样的自然发火期及不同温度下耗氧速率及CO、CO2产生率作为训练样本,用BP算法对网络进行训练,得到了神经元间的联结强度.通过少量煤样程序升温氧化实验得到不同温度下煤样的耗氧速率及CO、CO2产生率,将其代入此人工神经网络程序就可以确定煤的实验自然发火期.该方法实验时间短、用煤量少得多,结果与实际吻合.     

基于煤自燃倾向性的绝热氧化时间预测方法研究

针对煤自燃倾向性鉴定是一个模糊的等级概念,难以准确指导煤矿采取措施进行防灭火。提出了建立基于煤自燃倾向性的绝热氧化时间预测方法,即通过煤的自燃倾向性测试来预测其绝热氧化时间,用绝热氧化时间这种准确、直观的煤自然发火危险性判定标准来量化煤自燃倾向性,使其更具参考及指导意义。优选氧化动力学方法测试了10种典型煤样的自燃倾向性,并将其结果与实验条件下测量的绝热氧化时间数据进行曲线拟合,建立了基于煤自燃倾向性的绝热氧化时间预测方法。随后从煤氧化机理方面进行分析并进行实验验证,结果显示该模型是科学、合理的,能够清晰、准确地反映出煤的自然发火危险性。     

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.     

基于程序升温的煤层自然发火指标气体测试

研究煤自然发火过程中指标气体的产生规律.通过对上、下煤样在程序升温条件下测试研究煤层自然发火指标气体的变化规律,确定了测试煤样由低温氧化阶段到快速氧化阶段的临界温度和煤层自燃发火预测预报指标气体.研究结果表明:C2H4和C2H4/C2H6初始出现时的临界温度、C3H8/C2H4比值峰值点温度与煤样由低温氧化到快速氧化阶段的临界温度具有很强的一致性,均揭示了此时煤样已进入快速氧化阶段.该研究成果对开展煤自燃低温阶段实验研究提供了重要的科学价值.     

煤结构对自燃性的影响

松散煤体在一定的外界环境条件下,其自燃性很大程度上受到煤自身化学结构和孔隙结构的影响,可通过分析煤结构来判断其自燃倾向性.通过BET吸附实验与程序升温研究,表明煤样的孔结构与煤样自燃反应性有一定的正相关系.同时,结合红外光谱的研究,得到了实验煤样的分子官能团归属,从煤样化学结构方面对煤自燃性影响因素进行了深入研究.研究结论对给定煤样自燃发火预测预报有重要的理论指导意义.     

义马常村矿煤样自燃倾向性研究

利用大型煤自然发火实验台，模拟自燃过程的各种条件，向其中通入空气，使煤与氧发生氧化反应。煤氧复合发生氧化反应，并发出热量引起自然升温，最终引起自燃。通过测定耗氧速度、热释放速率，可算出实际自燃的极限参数。根据这些实验参数可以推算出义马常村矿煤层在不同条件下的最短自然发火期、煤特征温度和其他自燃特性参数等。     

煤自燃过程实验模拟及高温区变化规律

利用澳大利亚昆士兰大学的2m煤自燃发火实验炉,历时5 d,模拟了煤样从常温至160℃着火点的煤自燃全过程,掌握了煤自燃高温点的发生、发展及动态变化过程.实验中能清晰了解煤样温度和水蒸气的变化发展过程.在实验开始阶段,实验炉上部煤样的温度发展是由于空气的通入,将水蒸气和热量从下部带到上部,导致上部温度升高,高温点逐渐上移到145 cm处.2d后,高温点开始向下移动,这主要是由于煤样下部已经完全干燥,煤样在完全干燥及本身高温的情况下,温度会很快升高直至达到着火点.高温点最终发展在60 cm处.同时,在煤样达到着火点的前期,温度上升速率达到120℃/d.实验得出亚烟煤的发火时间为5d,这与煤矿的现场观测结果一致.     

双鸭山集贤煤矿煤样自燃性程序升温实验研究

采用程序升温实验装置，研究双鸭山集贤矿不同粒度煤样在不同温度条件下与氧反应的特性。通过实验分析，得出双鸭山集贤矿煤自燃预测预报的主要指标气体为CO。通过计算得出不同粒度煤样的耗氧速度和CO，CO2，CH4等气体的产生速率，以及这些特性参数随煤温和粒度的变化规律。进而分析得出该矿煤样自燃的临界温度为65～75℃。为双鸭山集贤矿煤自然火灾的预测预报提供依据。     

煤自然发火预报技术在大同煤矿的应用

煤自然发火预报是对煤炭火灾参数指标进行超前早期识别和预警的根本技术手段。大同煤矿结合本矿煤炭的实际情况,通过对煤自燃火灾指标气体及其生成的辅助性指标的超前判识,及时、准确地预测预报煤自然发火征兆,推断自然发火发展的趋势,采取均压、密闭堵漏、预灌浆等措施进行治理。     

大型煤自然发火实验台自动控制系统的设计

煤自燃的发生和发展是一个十分复杂的物理化学过程,大型煤自然发火实验台的建造解决了煤自然发火的实验模拟问题。实验台智能化的自动控制系统可实现煤体温度、气体浓度、环境温度和设备状态的自动检测和监测,数据的采集量和精度大幅度提高,为实现煤自燃过程的数值模拟和预测奠定了良好的基础,为现场实际条件下煤自然发火的预测预报提供了更加可靠的依据。     

煤样两次程序升温自燃特性对比实验研究

为了掌握煤经多次氧化的自燃特性指标参数,对气肥煤、1/3焦煤、贫煤和无烟煤4种不同变质程度煤的煤样进行预处理,即将原煤样经过升温氧化后利用氮气冷却至常温,得其氧化煤样。采用煤质分析实验、物理吸附实验和煤自燃程序升温实验,对两次氧化过程中的耗氧速率、放热强度、CO产生率和特征温度等自燃特性参数进行对比实验研究。结果表明,2次程序升温过程中,煤样的自燃特性参数都随煤温呈指数变化规律。氧化煤样的耗氧速率、放热强度和CO产生率均表现出在氧化反应前期大于原煤样,氧化反应后期小于原煤样;自然发火的特征温度低于原煤样,说明氧化煤样更容易发生自燃,危险性较大。