水分相变下松散煤体导热系数的数值模拟研究

煤自燃过程中水分的相变与迁移对松散煤体所处的导热和蓄热环境具有重要影响,而导热系数的变化可直观表征水分相变对松散煤体导热能力的改变。考虑到水分相变对松散煤体自燃过程中热湿迁移的实际作用,建立了含水松散煤体的简化物理模型,运用有限元数值模拟的方法,求解了二维稳态条件下,水分发生相变时含水松散煤体的温度场和热流密度分布,分析了水分相变对松散煤体内部各处导热能力的改变,并计算得到了相应的导热系数。研究结果表明:水分相变的发生直接影响了含水松散煤体内部温度及热流的分布,最终表现为含水松散煤体导热能力的整体变化;基于水分相变的影响,随着液相饱和度的增大,含水松散煤体的导热系数基本呈线性增加,增加趋势随着温度的升高逐渐变缓;100℃时水分相变下导热系数与液相饱和度满足关系:λe=0.130 1+0.132 8S,通过与对比数据的误差分析,验证了模拟的可靠性。     

松散煤体中氧气输运过程的理论分析

根据煤氧作用低温自燃理论，分析了氧气在松散煤体中的运动形式，探讨了各种运动形式的控制方程，对氧气在松散煤体中的输运规律进行了研究。结果表明，氧气在松散煤体中主要通过流动空气的携带和自身的扩散来输运。在忽略Soret效应、假定煤体为各向同性的均匀多孔介质等简化条件下，推导出氧气在煤矿井下松散煤体中输运过程的数学模型。对进一步完善煤炭自燃理论、提高矿井自燃灾害防治能力具有重要作用。     

松散煤体导热系数的分析

松散体导热系数受各种因素的影响,但对于一个给定的松散体,其导热系数主要与空隙率有关。应用一维稳态无限长圆筒法测定不同空隙率的松散煤体导热系数,采用回归分析获得实验煤的空隙率与导热系数的函数关系,由此得知实际条件下某一特定煤在不同空隙率时的导热系数,进而提高煤自燃火灾预测的精度。     

松散煤体中空气渗流规律的试验研究

为了分析空气在松散煤体中渗流对煤体自热和自燃的影响,根据多孔介质中气体的渗流理论,建立了测试松散煤体渗透系数的试验装置,分别从宏观上探讨了不同空隙分布和粒度分布下松散煤体的渗流规律。研究表明,同一空隙率在不同空隙分布下的渗透系数服从正态分布;粒度分布对空气在煤体中渗流的影响比空隙率大。在试验测定范围内,粒度在1.25 mm以下的粉煤是影响整个粒度分布下的煤体渗流的关键。结合实际防治地面煤堆自燃的方法,给出了不同厚度比的粉煤(0~3 mm)覆盖较大粒度(3~6 mm)煤体时,渗透系数与厚度比的定量关系式。     

煤自燃的热量积聚过程及影响因素分析

根据热力学、传热学理论,分析了煤自燃热量的积聚过程,推导出煤自燃的热量传递方程,从而得知煤体升温的必要条件．影响煤体热量积聚的主要因素有温度、浮煤厚度、空隙率和漏风强度．温度越高,煤体氧化放热强度越大,煤体与围岩温度差越大,越不利于煤体的热量积聚;浮煤厚度是放热和蓄热的物质基础,只有大于最小浮煤厚度,煤体才有可能自燃;空隙率决定松散煤体内漏风强度和导热系数的大小;漏风强度对煤体氧化放热和对流散热都有影响,漏风强度必须大于提供足够氧气所需的最小值,小于上限漏风强度,煤体才可能自燃．     

松散煤体导热系数测定系统设计

提出利用平面热源法测定松散煤体导热系数,在数学模型中考虑了松散煤体导热系数与温度的依变关系,详细介绍了数学模型的求解过程,并在此基础上设计了松散煤体导热系数测定系统。该系统也可用于其他类似材料的热物性测定。     

热线法测松散煤体变导热系数

根据非稳态导热的基本原理,提出用热线法测定松散煤体导热系数时,考虑其导热系数与温度的依变关系,并详细介绍了数学模型的求解过程,在此基础上设计了松散煤体导热系数测定试验,该方法也可用于其它同类型材料的导热系数测定,具有一定的实用价值。     

综放面巷道松散煤体自燃过程数学模型的建立

在煤炭自燃灾害中,松散煤体自燃占很大的比例,综放面松散煤体较多,发生自燃的危险性也较高。文中根据综放面巷道松散煤体所处位置、堆积形态、漏风动力、散热条件等总结出自燃的特点,并判断自燃危险区域,最终推导出综放面巷道松散煤体自燃过程的数学模型,对实际生产中预防巷道松散煤体自燃起到指导作用。     

导热棒提取松散高温介质内部热量的实验研究

为了解决储煤堆、矸石山等场所中发生的煤自燃危害对资源和环境造成的巨大浪费和严重污染,提出了应用导热棒提取松散高温介质内部热量以防治煤自燃的方法,给出了工质优选的方法,搭建了研究导热棒热量提取速率的实验系统,并在此基础上进行了导热棒散热实验。结果表明:应用甲醇作为工质的导热棒,提取高温松散介质内部热量的效率最高,降温速率最快。     

松散煤体中掘进防灭火技术探讨

松散煤体中掘进巷道,顶帮煤体极易氧化而自燃,为保证掘进期间防灭火安全,对松散煤体中掘进防灭火技术进行了实践及研究。通过对顶帮松散煤体采取注胶、喷涂、充填、固化等综合性的防灭火措施,并观察总结各项防灭火措施效果,得出了防灭火施工经验技术,取得了松散煤体中掘进防灭火技术应用的成功,结果表明：通过采取综合防灭火措施,能够有效防治松散煤体自燃发火,进而为工作面复采及延长矿井服务年限提供了保障。     

浸水对煤氧化活化能和热效应的影响

为了研究浸水对煤自燃的影响,选取不同变质程度的煤样,制备相同含水率的原煤和浸水煤样进行红外光谱和热重实验。对比分析红外光谱,发现浸水煤的活性基团增多,氧化活性高于原煤。应用TG曲线,基于判定煤自燃难易的着火活化能理论,研究了原煤和浸水煤在氧化自燃过程中的活化能变化,结果表明浸水煤的失水活化能增加到原煤的1. 01～1. 29倍,说明在受热条件下浸水煤中的水分更难蒸发出来;浸水煤的着火活化降低为原煤的0. 51～0. 89,说明浸水煤干燥后更容易发生自燃;浸水前后煤的燃烧活化能基本不变,说明浸水过程不影响煤的燃烧阶段。通过DSC曲线,分析了原煤和浸水煤在氧化自燃过程中的热效应变化,发现浸水煤的氧化放热量升高至原煤的1. 04～1. 59倍,从热量变化的角度说明浸水煤更容易自燃。     

煤的自燃倾向性新分类方法

应用热重分析仪实验研究了神东矿区不同层位和不同工作面煤的自燃特性，结果表明：煤氧化燃烧过程分为3个阶段,即升温失水失重阶段、升温增重氧化阶段、升温燃烧失重阶段.对应3个阶段的活化能分别为失水活化能、着火活化能和燃烧活化能.着火活化能是指从增重开始到增重结束转为失重的拐点处阶段的活化能，以煤的着火活化能判定煤炭的自燃难易程度的新方法.着火活化能越小煤样越容易自燃，着火活化能越大煤样越不易自燃.     

最低点火温度条件下煤粉自燃特性试验研究

火电厂及煤化工行业中需要将原煤加工成煤粉,煤粉在制备及输送过程中具有粒度小、环境温度高和供氧条件充分等特点,易发生自燃现象。最低点火温度Tm指在一定条件下煤粉能够发生自燃的最低环境温度,是衡量煤粉自燃危险性的重要参数。因此,研究煤粉在最低点火温度下的自燃特性参数及热动力学行为,对了解在最低点火温度时煤粉自燃行为、建立相应的预警机制具有重要意义。以3种不同变质程度的煤粉(张家卯弱黏煤ZJM、兖州气煤YZ和长治贫瘦煤CZ)为研究对象,采用油浴程序控温试验装置对煤样自燃特性进行测试,确定了3种煤粉的Tm和延迟点火时间ti;得出最低点火温度下各煤样耗氧速率、CO及C2H4产生量的变化规律;采用热动力学分析方法计算了3种煤粉的表观活化能。试验结果表明:①ZJM、YZ和CZ煤粉的最低点火温度分别为120、130、164℃,随变质程度的增加而增加;煤的变质程度越高,内部活性基团数量越少,自燃需要热量更多,导致高变质程度煤的最低点火温度较高;3种煤粉在最低点火温度处的延迟点火时间均约为20 min。②耗氧速率呈现出先增加后缓慢减少的趋势,在试验后期由于氧气浓度较低,引起煤粉氧化反应强度降低,最终导致耗氧速率出现缓慢下降;最低点火温度处的CO产生量随时间呈现出先升高后降低趋势,当煤粉温度约120℃时,产生C2H4。③最低点火温度处ZJM、YZ和CZ煤粉的表观活化能分别为24.33、29.50和18.67 kJ/mol,其中变质程度最高的CZ煤粉的表观活化能低于另外2个煤样,这表明高变质程度煤样的最低点火温度高,初期氧化反应速率较高。     

防止采空区自燃减漏风措施的研究与应用

为防止采空区因漏风而导致遗煤自燃，经计算机模拟与现场实施研究，定期在采空区“Ｕ”形漏风带构筑隔漏风墙，能明显地造成采空区内漏风量及漏风范围跳跃式骤减，扩大不自燃区范围，有效地杜绝了采空区遗煤自燃与瓦斯爆炸灾害．经六枝矿务局木岗矿两年多实施，减少灾害经济损失３００多万元．该措施还具有施工简便、成本较低等特点，很适合于经济较不发达、井下条件复杂的突出易燃矿井应用．     

铁矿石微波热风烧结点火研究

对铁矿石微波热风烧结点火进行试验研究并通过计算不同烧结点火气流中氧气的含量分析了微波热风点火机理.烧结点火试验结果表明,微波热风点火温度远远低于传统铁矿烧结点火温度,在微波输出功率8 kW、点火1.5 min、预热风温度350℃下可获得指标良好的烧结矿.点火气流中氧气含量计算结果表明,微波热风点火气流中的氧气含量为21%,煤气点火气流中氧气含量为8.59%.点火气流中较高氧气含量,能够使焦粉在较低的温度下点燃,并且燃烧完全,从而获得较好指标的烧结矿.     

JTJ防灭火胶体材料在曲江煤矿的应用

通过对曲江公司211炮采工作面采空区自燃发火防治情况的介绍,提出了新型防灭火胶体材料JTJ的应用效果,对类似矿井防自燃发火有一定的借鉴作用。     

建新矿采空区自然发火测温实践

通过介绍测温法在建新矿自然发火规律研究中的实践运用,进一步摸索采煤工作面推进过程中采空区后方的温度变化规律,为矿井采取有效的防自然发火措施提供科学依据.     

加热棒技术在氧弹量热仪中的运用

针对氧弹量热仪熔断式点火需人工缠绕点火丝从而导致操作繁琐、点火丝残留致使实际点火热与实验设定点火热不一致以及点火偶尔失败等问题,分析氧弹内部结构和点火丝点火的工作原理,将点火丝用高温绝缘陶瓷类材料包裹成加热棒,并将电阻丝加热区域集中在加热棒顶部,使加热棒顶部发热区域始终与待点火煤样接触,确保点火成功率满足要求。对氧弹量热仪的主机和氧弹进行改造,将氧弹内原有的熔断式点火方式改进为加热棒点火方式,并进行量热仪热容量标定以及煤样弹筒发热量测试。经大量实验证明,加热棒点火方式与熔断式点火方式的发热量检测结果间无显著性差异,可以相互替代使用,但加热棒点火方式可重复点火、降低劳动强度、提升设备自动化水平,从而提高了设备使用率。     

洛市矿区煤自燃倾向性及危险程度分析

对洛市矿区61个委托煤样的色谱吸氧法自燃倾向性鉴定表明,同一煤种煤的吸氧量随挥发分、煤的真相对密度、灰分增大而减小的趋势较明显,吸氧量随全硫含量增大而增大的趋势较明显,但对具体的一个矿井或煤层而言,应参考煤自燃倾向性鉴定等级,结合矿井地质条件、采掘布置、通风系统以及所采取的防灭火措施的影响等因素分析其自然发火的危险程度.     

煤粉射流中颗粒团的传热及其对着火行为的影响

建立描述煤粉射流中典型尺寸颗粒团的传热及着火过程的瞬态数学模型,考察其在高温环境中的升温特性和着火行为。模型计算发现,颗粒团的升温过程与颗粒团尺寸明显相关,对流换热份额随着颗粒团当量直径Dc的增加而下降。在火焰温度Tf=2 000 K、烟气温度T)s=1 400 K的条件下,对于D_c=3 mm的颗粒团,对流换热量Q_(conv,sc)占总换热量的86%;Dc=10 mm时,辐射换热量Q_(rad,fp)占到60%;而D)c≈8 mm时,对流换热与辐射换热量相近。火焰辐射温度T_f的升高降低了对流换热份额,并使得Q_(conv,sc)=Q_(rad,fp)对应的临界D_c,即D_c*减小。T)f对D_c较小的颗粒团的加热和着火影响较小,对D_c较大的颗粒团的影响明显。烟气温度Ts升高时,对流换热份额升高,D_c*增大。T_s在D_c较小时对着火时间影响较大,而D_c较大时影响不再明显。煤粉浓度增加时,颗粒团着火时间先明显下降,在0.6~0.8 kg/m~3的范围内达到最小值,而后随着煤粉浓度的进一步增加而略微增加。