煤自燃过程中耗氧速率与放热强度的时空变化规律

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模拟实验台测试松散煤体在恒风量条件下从常温至140℃的自燃氧化过程,分析了耗氧速率和放热强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,高温点由煤体中上部位置向着进风侧方向移动;不同煤体高度耗氧速率与时间呈现指数增长,且耗氧速率和放热强度随着煤体高度的高温点的运移规律相吻合。75℃前后煤体呈现缓慢和快速增长分阶段特性;松散煤体进风口的放热强度逐渐增强,温度超过75℃后,不同煤体高度的放热强度随时间增长逐渐增长。     

不同外部条件下自然堆积煤堆漏风规律实验研究

为了探求外部条件对煤堆漏风规律的影响,利用自燃"三带"理论对煤堆漏风规律进行了分析并推导了煤堆漏风方程,公式表明惯性力作用项中粒径与漏风风速成正比;黏性力作用项中漏风风速与粒径成正比,压力梯度与漏风风速为二次方程的关系;考虑粒径、管径、煤种以及堆积高度等因素对煤堆的漏风规律进行实验测试,得出结论:粒径对煤堆漏风影响显著,随粒径减小,漏风风速呈下降趋势且下降幅度由大到小变化;随管径的增大,漏风风速增加,管径越大,压降明显;随煤柱高度的增加,漏风风速呈指数下降。     

煤实验最短自然发火期定量测定方法研究

为有效防治煤炭自燃,预测煤体最短自然发火期是非常必要的.以绝热圆柱形煤柱为物理模型,建立了煤实验最短自然发火期预测模型,利用实测的煤自燃基本参数,通过解算分析了漏风速度、粒度等参数对煤自然发火期的影响规律,最终准确测试了6个矿井不同煤体的实验最短自然发火期.结果表明:随漏风速度的增大,煤自然发火期先减小后增大;煤体粒度越小,最佳风速呈线性增大;随煤体粒度的增大,最佳风速条件下的自然发火期先减小后增大;煤体自燃倾向性越高,最短自然发火期越短;以张集肥煤为例,自然发火的最佳粒度为1～3mm,最佳漏风速度为0.001 1m/s,其实验最短自然发火期为26d.     

基于大型煤堆实验台的煤自燃过程模拟研究

为研究王台铺矿15号煤层的自然发火规律,利用大型煤堆实验台对其进行了试验模拟研究,通过热电偶测得煤体的温度变化情况,得到煤体内的升温速率、耗氧速度、临界温度及干裂温度等煤样自燃特性参数,结合气相色谱仪对煤自燃过程中产生的指标气体进行分析。结果表明：煤温在临界温度80℃以下时,煤的自身氧化反应过程中产生的热量小,煤样耗氧速度较低,煤体很难发生自燃;在80～110℃时,耗氧速度逐渐增加,反应逐渐加强;当煤温超过干裂温度110℃后,氧化反应急剧加快,放热量也随着增大,同时CO和CO2产生率加快,煤体易发生自燃。     

多场耦合下煤堆自燃过程及影响因素分析

为研究煤堆自燃特征及发火规律,建立了风力和浮力驱动下煤堆的多场（速度场、温度场和氧气浓度场）耦合自然发火模型,并运用COMSOLMultiphysics软件对煤自燃的过程及其影响因素进行了数值模拟分析。研究结果表明：在风速3．6m／h条件下,煤堆自燃最高温度点位于进风侧的煤堆中下部,最终于第65d在此位置开始自燃;随着风速的增大,煤堆自然发火点往风流的下方向迁移,自然发火周期缩短;煤堆孔隙率、高度和角度的减小能延长煤堆的自然发火周期。     

不同应力对煤自然氧化的影响规律试验研究

为研究应力对煤自然氧化的影响规律，设计1套应力对煤自然氧化影响规律试验装置，通过该试验装置对煤样施加不同应力模拟采空区破碎煤体在承压环境中受压变形、温度及气体体积分数变化特征，定量分析不同应力作用下破碎煤体相关参数的变化规律。研究结果表明：升应力作用阶段破碎煤体较恒应力作用阶段受压变形、升温幅度更为明显且煤体升温速率与位移变化速率大小正相关，进一步验证了应力对于煤体自然氧化具有促进作用；破碎煤体在不同应力作用下煤自燃倾向性进一步加剧，煤体内分子更易氧化，从而导致CO、CH₄的产生；根据试验所测CO体积分数，从而推断有煤氧复合反应和煤体机械破碎激活脱碳2种产生途径。     

煤堆自燃过程的数值模拟

煤炭自燃火灾严重影响煤炭的安全生产和储藏。本文建立了二维煤堆自燃过程的热流方程和氧气传输方程,对煤堆的自燃过程进行了数值模拟,探明了煤堆温度随时间的变化规律,分析了煤堆的不同堆放方式对煤堆传热与燃烧的影响。为煤堆自燃过程的研究提供了理论基础。     

煤堆自燃特点及防治技术研究

煤堆自燃会造成资源浪费,导致经济损失,并产生CO、CO_2等有害气体污染环境。煤堆自燃是煤氧复合放出的热量不断累积的结果,一般发生在距煤堆表面1～3 m处的小颗粒煤体中,并且受到外部环境的影响。本文通过对煤堆自燃机理及特点的研究,提出了相关的煤堆自燃防治技术措施,能够有效地防止煤堆自燃,降低煤堆自燃对存煤的影响。     

煤自燃全过程高温区域及指标气体时空变化实验研究

煤自燃是煤矿开采过程中诱发瓦斯爆炸灾难的主要安全隐患之一,为了研究煤自燃高温区域的动态变化规律,利用煤自然发火实验炉模拟了煤样从常温至着火点的全过程,全面分析了煤自然发火过程中高温区域、指标气体的时空变化规律,得出：① 在煤自燃过程中,高温点首先出现在低氧浓度分布区,逐步向高氧浓度分布区偏移,即高温点由离进气孔较远的上部逐渐向下部进气孔位置移动。低温阶段,高温点下移缓慢;高温阶段,高温点快速下移。煤体高温点最终停留在约为煤堆高度的3/10处;② 实验中炉内各个区域温度变化差异较大,相应区域指标气体生成速率也随之不同。实验确定了煤自氧化加速点（130 ℃）,当煤体温度达到大约130 ℃时,高温点所处的高度大约为127 cm（煤堆高度的6/10处）,各项指标气体的生成速率v急剧增大,127 cm可作为指标气体生成速率的分界线。分界线之上,v缓慢增大,指标气体产量占总量的比例极小;分界线之下,v急剧增大,指标气体产量所占总量的比例极大。     

热管抑制煤自燃的降温效应分析

为了有效扩散煤堆内部积聚的热量从而抑制煤火自燃灾害的出现,基于高效相变的热管深部移热技术实现自动快速转移煤自燃热量,采用实验的方法对比分析了所设计的热管插入煤堆前后煤层内部的降温效应,得到了煤层温度随热管插入间距、深度及角度分布和煤层蓄热量的变化规律,探讨了热管扩散煤堆自燃热量的降温冷却效应传递机理。结果表明所设计的热管可以自动连续实现有效扩散煤堆氧化所蓄存热量,有望利用热管的自动调温特性实现各煤层温度平衡,对于预防煤田自然发火具有一定的参考价值。     

港口煤堆自燃原因及防自燃技术浅析

以中煤公司在秦皇岛港现场管理为例,对港口煤堆自燃原因及防自燃技术进行了分析,提出减少注水、加速煤炭运转速度等方法来防止港口煤炭的自燃。     

顾北煤矿煤自燃试验及早期多级预警技术

为了做好顾北煤矿煤自然发火防治工作,建立适用于顾北煤矿的煤自燃早期预警体系,提前分析顾北煤矿存在的煤自燃问题,以顾北煤矿13121工作面煤样为研究对象,进行煤自然发火试验,分析试验气体产物及各指标气体比值随温度变化规律,确定煤自燃指标气体及其临界值。试验结果表明,不同特征温度下对应的气体表征参数存在突然变化;结合试验数据分析得到CO、C₂H₄、C₂H₄/C₂H₆能够作为主要预测指标气体。最终结合煤自燃指标气体及临界值,提出适用于顾北煤矿的多预警级别的煤自燃分级预警指标体系,为煤自然发火预测预报提供了理论依据,对安全生产具有一定指导意义。     

自然发火实验测定煤低温氧化活化能

煤低温氧化活化能是分析煤自燃特性的重要指标。文章提出了利用可加热的小型自燃发火实验台测定煤低温氧化活化能的方法。利用该方法测试了不同自燃倾向性、不同粒度范围煤样的低温氧化活化能,并研究了动态吸氧量、粒度与活化能之间的关系。运用自然发火实验可以准确测定实际煤体的低温氧化活化能,测试结果符合实际的煤低温氧化特性,可以较好地表征煤自燃倾向性。     

Experimental simulation and numerical analysis of coal spontaneous combustion process at low temperature

The characteristic of coal spontaneous, combustion includes oxidative property and exothermic capacity. It can really simulate the process of coal spontaneous combustion to use the large-scale experimental unit loading coal ! 000 kg. According to the field change of gas concentration and coal temperature determined through experiment of coal self-ignite at low temperature stage, and on the basis of hydromechanics and heat-transfer theory, some parameters can be calculated at different low temperature stage, such as, oxygen consumption rate, heat liberation intensity. It offers a theoretic criterion for quantitatively analyzing characteristic of coal self-ignite and forecasting coal spontaneous combustion. According to coal exothermic capability and its thermal storage surroundings, thermal equilibrium is applied to deduce the computational method of limit parameter of coal self-ignite. It offers a quantitative theoretic criterion for coal self-ignite forecasting and preventing. According to the measurement and test of spontaneous combustion of Haibei coal, some token parameter of Haibei coal,spontaneous combustion is quantitatively analyzed, such as, spontaneous combustion period of coal, critical temperature, oxygen consumption rate, heat liberation intensity, and limit parameter of coal self-ignite.     

煤氧化过程中指标性气体的确定

利用电加热炉对煤样进行氧化升温实验,对不同温度下煤样所释放的气体浓度利用气相色谱仪进行测定,对煤样温度、O2浓度、各气体浓度之间的关系进行分析和研究,确定该煤层各氧化阶段的指标性气体,对煤层自然发火预测和自燃火灾的防治具有重要的指导意义。     

煤自燃危险性测试技术条件热力学参数的实验分析

根据煤氧复合理论,基于热反应动力学参数的聚类评价技术指标,测试和分析了煤在自燃氧化过程中的生热总量、产热速率和热焓变化等参数的变化规律。结果为:氧化温度在68～83℃内,煤自燃氧化产热速率加速增加,化学反应作用不明显;煤自燃氧化的焓变随反应温度升高逐渐增大,从反应初始阶段的18kJ/mol,逐渐增加到80℃时的300kJ/mol。实验结果为煤自燃危险性的综合分析评价指标体系的建立提供了技术支持,并在抑制矿井生产过程中由于煤炭自燃引发的恶性事故方面具有显著的现实意义。     

煤特征参数与氧元素关系的实验研究

为进一步揭示煤自燃内部因素对煤自然发火的影响,基于热重实验分析,得出了6种煤样在10℃/min升温速率下的特征参数值(活化能、吸氧量、特征温度点、自然发火期)与氧元素的关系。实验结果表明:随着煤氧元素的增大,煤自然发火期越短,而煤吸氧量则呈现先增大后减小的趋势,煤的活化能、燃烧特征温度点则越小。该实验结果指出煤的吸氧量与氧元素含量并非成正比,而是存在一个最佳浓度值,且氧元素并不是影响煤特征温度点大小的唯一因素,还可能与其他因素相关,为此有必要进一步研究煤内部因素对煤自燃的影响。     

煤实验最短自然发火期的快速测试

基于煤实验最短自然发火期确定煤的自燃倾向性是一种科学、可靠的鉴定方法。但由于在实验室测试煤在绝热条件下的实验最短自然发火期周期长,难以实现测试的标准化,此方法的应用受到限制。因此研究煤实验最短自然发火期的快速测试方法具有重要意义。通过理论分析与实验研究,确定70℃时煤样罐出气口的氧气体积分数(C70)与交叉点温度(Tcpt)是分别能体现出煤在低温缓慢氧化阶段及快速氧化阶段氧化升温特性的特征参数。通过程序升温测试煤低温氧化过程的特征参数C70指标和Tcpt指标,实现了煤实验最短自然发火期的快速测试。基于程序升温测试得到的实验最短自然发火期与绝热测试结果的一致性表明了此方法的准确性、可靠性及基于实验最短自然发火期确定煤的自燃倾向性的可行性。     

煤低温氧化活化能与温度关系实验

为了研究煤低温氧化升温过程中化学反应活化能的变化规律,利用煤自然发火实验测定了不同自燃倾向性堆积煤煤低温氧化活化能。测试结果表明,煤的自燃倾向性越强,氧化反应的活化能越低,煤样的活化能随温度的升高而升高。在低于70℃时,温度上升得比较平缓;当温度高于70℃时,由于氧化反应类型发生了变化,活化能迅速升高。通过测试70℃以下温度段的氧化反应活化能,可以较准确地判断煤自燃倾向性。