煤自然发火过程颗粒堆积体结构形态演化实验研究

在煤炭开采、储存及运输过程中,煤炭常以颗粒堆积体的形式暴露于氧化环境之中,煤颗粒堆积结构直接影响了堆积体内高温火源的形成与蔓延规律,是形成非控制灾害的关键影响因素之一。煤自然发火过程中堆积结构形态演化规律研究对煤堆内高温火源预测及煤矿火灾防控具有重要意义。以马道头矿8404工作面的煤样为研究对象,制备了5组不同氧化温度下的堆积试样,利用微焦显微Computed Tomography (CT)实验平台对试样进行显微断层扫描。获得显微断层CT图像序列后,采用几何均值滤波算法与大津算法(Otsu Method)对显微断层序列进行图像处理,降低原始图像中的噪声并将其转化为二值图像序列。基于处理后的二值图像序列,应用三维重构算法重构了各组试样堆积结构。定量分析了煤颗粒堆积体孔隙率、颗粒体积、颗粒表面积等结构参数的演化规律。研究结果表明:随着氧化温度升高,煤颗粒堆积体孔隙率、颗粒数量与平均颗粒比表面积增大,平均颗粒体积与表面积减少,其中300～400℃温度段的变化最明显,300℃与400℃时堆积结构内平均颗粒体积分别为14.95与2.50 mm~3;平均颗粒表面积为36.17与9.13 mm~2;煤颗粒堆积体孔隙率变化与煤颗粒形态变化有关,实验煤样两者变化阈值均在300℃附近,当氧化温度高于此阈值时,煤颗粒堆积体内颗粒裂解加剧,孔隙结构连通性提高,氧化过程更加剧烈。     

中国煤炭工业发展和安全事故总貌的统计分析和建议

列举了我国煤矿1949-2011年每年煤炭产量、死亡人数和百万吨死亡率的数据,并进行了概略性的分析。     

定容体系中氮气影响瓦斯爆炸反应的动力学模拟

为考察惰性气体(N2)对瓦斯爆炸过程的影响,建立了受限空间(定容弹)中瓦斯爆炸反应的计算模型,化学反应采用详细反应机理(包括53种组分、325个反应).结果显示,影响瓦斯爆炸及爆炸后部分致灾性气体生成的关键反应步有R32,R53,R98,R155,R156,R158,R161,R170,瓦斯爆炸会产生瞬间高温和高压,爆...     

激波诱导瓦斯爆炸反应动力学计算模型

为解释和验证激波诱导瓦斯爆炸化学反应动力学机理的物理模型和数学模型,将激波诱导瓦斯爆炸反应体系定义为一个理想反应体系,将瓦斯气体定义为仅含甲烷的单组分理想气体,反应体系中的所有化学反应都在激波管中进行。利用CHEMKIN4.1软件中的Normal Incident Shock反应器,运用数值分析和数学物理方程的推导方法,对激波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的数学模型进行了推导、细化和求证。研究结果表明:计算模型中的控制方程组解释了激波管内各反应组分的流动特性沿轴向距离或随时间变化的函数关系,控制方程组的解描述了激波诱导瓦斯爆炸反应动力学的变化过程和变化情况,从而解释和验证了激波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型。     

基于静态耗氧实验的煤低温氧化反应动力学分析

利用Agrawal近似法从化学动力学角度推导了煤低温氧化耗氧速率方程,得出O2浓度与温度的理论关系式,并利用柴里气煤静态耗氧实验数据,通过最小二乘法得到柴里气煤在各温度阶段的反应级数;由斜率和截距求得各阶段活化能E和指前因子A,并借用Tolman对活化能的定义,解释了柴里气煤低温氧化过程中活化能与温度、反应速率的关系,以及负的活化能的形成。     

煤矿巷道内N2及CO2抑制瓦斯爆炸的机理特性

为探求煤矿巷道内惰性气体（氮气及二氧化碳）对瓦斯预混合爆炸的影响,采用详细反应机理(包括53种组分、325个反应),运用化学动力学计算软件CHEMKIN 3.7中PREMIX程序包,建立巷道内瓦斯爆炸过程的数学模型。通过数值计算,对比了N2及CO2对瓦斯爆炸过程中反应物、自由基、爆炸后产生的主要致灾性气体的浓度以及甲烷总消耗速率等变化的影响,分析N2及CO2对瓦斯爆炸反应过程影响的异同。计算结果表明,在相同体积分数下,CO2比N2更能有效地降低体系中的活化中心浓度和爆炸中所生成致灾性气体CO,NO的浓度,因此CO2在抑制瓦斯爆炸作用方面比N2的效果更为明显。     

高瓦斯易燃特厚煤层综放开采自燃防治技术

煤层自然发火防治是综合机械化放顶煤开采过程中的一大技术难题，而自然发火期较短、富含瓦斯的特厚煤层尤为严重，以中国抚顺煤田为研究对象，分析了瓦斯抽放与自然发火的一般关系，总结了综放开采自然发火的常用防治技术。     

不同粒度松散煤体的氧扩散特性实验研究

以自行研制的煤对氧扩散特性测试装置为实验手段,在常温环境条件下测试了不同粒度松散煤体对氧的自由扩散特性.实验结果表明:煤样粒度的变化对取气腔氧浓度流出曲线的影响表现出2个极限值,煤样粒度在20～100目之间时,取气腔氧气浓度梯度随煤样粒度的增大而增大;当煤样粒度<20目或>100目时,煤样粒度的再变化对氧浓度流出曲线的影响则微乎其微;取气腔氧浓度曲线流形基本符合指数曲线的变化规律.     

封闭空间瓦斯爆炸与抑制机理的反应动力学模拟

通过修改化学动力学计算软件CHEMKIN Ⅲ中的SENKIN程序包,建立了定容弹中瓦斯爆炸过程的计算模型,其化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。利用此模型对瓦斯爆炸过程中反应物浓度、活化中心浓度、爆炸后部分致灾性气体浓度的变化趋势进行了详细分析;通过对瓦斯爆炸详细反应机理的敏感性分析,找出了影响瓦斯爆炸以及爆炸后部分致灾性气体生成的关键反应步,同时,对水抑制瓦斯爆炸及爆炸后致灾性气体生成的机理进行了分析。结果表明,当混合气中不含水时,瓦斯爆炸后温度、压力将分别达到2700 K、0.22 MPa左右;当混合气中含10%水时,温度、压力将分别降低到2580 K、0.21 MPa;而当混合气中含15%水时,与混合气中不含水相比,温度、压力分别降低了180 K、0.025 MPa;同时,混合气中的水对瓦斯爆炸及爆炸后CO、CO₂、NO₂的生成起抑制作用。     

竖直管道内冰浆流体流动特性的数值模拟

为研究竖直管道内冰浆流体流动特性,采用基于颗粒动力学理论的两相流双流体模型,通过CFD模拟研究了竖直管道内冰浆流体的等温流动过程。结果表明,在竖直管道内冰浆湍流输送过程中,流速沿管道中心轴线处近似呈对称分布。当冰浆流速较低时,管道截面处冰粒子的速度分布梯度较小,浓度分布趋于均匀,而随着冰浆流速升高,冰粒子的流场及浓度场均呈现出一定的梯级分布:管道近壁面处冰粒子浓度较低,而管道中心处冰粒子浓度较高,并在略偏于管道中心轴线位置处冰粒子浓度达到峰值。竖直管道内冰浆流体的流向变化对速度分布影响较弱,但对冰粒子浓度分布会产生一定影响,进而使得冰浆流体的管道压降在不同流向时存在着一定差异。