含水煤堆自燃过程中安全保存期的数值模拟

为了分析水分对露天煤堆自燃升温速率的影响,建立了二维含水煤堆传热传质数学模型,利用FLUENT软件对煤堆内部氧气、水分和温度场信息进行计算推演。计算结果表明:含水煤堆升温过程经历了升温-缓慢升温-快速升温3个阶段,煤堆内水分与之对应经历了缓慢蒸发,快速蒸发和蒸干3个阶段。水分的存在使煤堆在自燃中期升温速率放缓,水分含量越高,水分蒸发所需时间越长,煤堆安全保存期越长。煤堆水分含量与安全保存期程强烈指数函数关系。     

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。     

含水煤堆自燃高温位置特征的数值模拟与实验

为了研究含水煤堆自燃高温位置分布的特性,建立了含水煤堆内部非饱和传热数学模型,利用数值模拟方法比较了含水煤堆和干煤堆自燃过程中高温区分布位置,并进一步计算了高、中、低水分下3种煤堆自燃高温位置的分布趋势,结果表明:干煤堆由表面往内依次形成散热带、自然带,高温位置深入煤堆表面数米的中下部。含水煤堆深部蒸发缓慢,不易自燃,高温位置逆迎风面向干燥区域发展,水分越高,高温区越接近表面。依据模拟结果进行了验证实验,二者结论相符,煤场安全管理应考虑煤堆的水分含量,预估自然起火位置。     

综放沿空巷周围煤体自燃升温过程的数值模拟

用有限元数值模拟方法,对综放沿采空区侧巷道周围煤体内的漏风流态、氧气消耗及温度升高进行了研究,联立求解了流场中的漏风渗流方程、氧浓度渗流-扩散-消耗方程和传热方程．重点描述了沿空煤柱内的自燃特征和升温过程,得到自然发火期与煤耗氧速度呈反比例关系,而对漏风强度影响不大;漏风强度增大只能使煤体内高温区范围扩大,相对提高自然发火几率。     

综放工作面采空区煤自燃过程的动态数值模拟

综放工作面采空区浮煤自燃主要取决于浮煤厚度，氧浓度，漏风强度，工作面推进速度和自燃发火期5个参量，工作面正常生产时，采空区自燃三带处于一个动态的稳定状态。根据综放工作面采空区自燃发火特点，将松散煤体自燃发火数学模型简化，建立了综放工作面采空区湿度变化的动态数学模型，用计算机动态模拟采空区浮煤自在升温过程，对时反映采空区温度分布状态及其动态变化规律，对采空区浮煤自然危险性进行超前预测，指导综放工作面的安全生产。     

升温速率对唐口煤矿煤自燃特性的影响

为有效监控与预测唐口煤矿煤自燃危险程度,利用热重-差热分析技术,测试了唐口煤矿煤样在4种不同升温速率（5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min）的TG/DSC曲线,分析了特征温度（缓慢氧化温度、热解温度、燃点、半寿温度和最大失重速率温度等）与热量特征。结果表明,不同升温速率下TG/DSC曲线的变化趋势相似,随升温速率的增加向高温方向延迟;各特征温度点基本随升温速率的增加而增大,15℃/min时缓慢氧化温度值最大。唐口煤矿煤样氧化反应最剧烈的点位于失重曲线的黄金分割点附近;同一升温速率下,最大释热功率对应温度滞后于最大失重速率对应温度。     

升温速率对煤的自燃倾向性表征影响的研究

使用热重分析仪器,对不同煤样在不同升温速率下进行了实验研究,结果表明,提高升温速率,TG曲线向高温方向移动;运用热分析动力学方法求出不同煤样在不同升温速率下的活化能,结果发现随着升温速率的增加,煤的活化能逐渐增大,升温速率是影响煤的自燃倾向性表征的重要因素。     

煤自燃氧化升温快速实验研究

提出一套系统简单、快速确定煤自燃性的实验装置,并用此装置对影响煤自燃性有关因素进行了实验研究,得出了不同氧化始温、不同煤样、不同氧化剂、不同氧化浓度条件下煤的自燃氧化升温规律。     

堵漏风对煤自燃气态产物生成规律的影响

为了研究煤层火灾发展及实施防灭火过程中漏风量减小对煤自燃气态产物的影响,采用煤自燃特性参数测试实验装置进行减风量条件下的程序升温实验,模拟煤自然发火至临界温度后,煤矿现场通常实施封堵漏风通道、降低漏风供氧措施对煤自燃的影响过程和规律。结果表明:堵漏风对煤自燃的干裂温度范围基本没有影响;各气体产物体积分数随风量而变化的规律具有相似的特点,即在80~140℃温度范围内风量降低对气态产物的生成具有促进加速的作用,在140℃以后具有抑制加速的作用。     

基于粉煤覆盖技术对预防煤堆自燃的数值模拟

通过对煤碳储存环境特点的分析,利用FLUENT软件,选择太阳辐射加载模型、化学反应模型和P-1辐射3个基本模型对70 mm厚度粉煤覆盖下煤堆内的温度分布、氧气体积分数分布变化规律进行数值模拟。模拟结果表明:该模型可以有效预测煤堆自燃的倾向性,对覆盖70 cm厚度粉煤煤堆的温度分布和氧气体积分数分布模拟结果分析可以看出,粉煤覆盖可以一定程度上抑制煤堆内的低温氧化反应,防止煤堆自燃,因此粉煤覆盖是一种新型的防治煤堆自燃的方法。     

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。     

高位钻孔抽采对遗煤自燃影响的数值模拟研究

根据段王煤矿150405工作面采空区的实际尺寸,用Gambit构建了简化的煤层倾斜角度为6°的三维物理模型;采空区垮落是非均匀分布的,垮落碎胀系数及孔隙度分布按“O”形圈分布模型建立,并考虑重力因素;根据煤样封闭耗氧实验获得煤的耗氧速率,以此实现煤的非均匀耗氧源项的设置。结合段王煤矿150405工作面的实际情况,应用具体模型进行数值模拟,将模拟结果与实测数据进行对比分析,验证模拟结果的可靠性。通过改变瓦斯抽采流量的模拟,得出瓦斯抽采强度对煤自燃存在影响,随着瓦斯抽采强度的增大,采空区最高瓦斯浓度减小,自燃氧化带宽度在胶带巷侧有缩小趋势,在轨道巷侧有增大趋势。     

水煤浆烧嘴燃烧特性的数值模拟研究

采用了标准湍流k-e模型的2方程模型,DPM模型,基于体积和颗粒表面化学反应的混合物涡耗散模型,热辐射P1模型方程,及能量守恒方程,对水煤浆烧嘴管路和燃烧炉内的流体流动、反应和传热进行了数值模拟计算,主要研究探索了水煤浆烧嘴的燃烧特性,考察了速度场、温度场、煤炭颗粒大小的密度轨迹和燃烧各组分的质量分数。结果表明,5个基于体积和颗粒表面的燃烧化学反应的求解、湍流模型和DPM模型的设置,能够较为准确地描述出水煤浆燃烧率高达99%的高效燃烧过程,以及燃烧挥发过程中引发的速度、温度、组分质量分数等参数的变化过程,为水煤浆烧嘴的进一步研发设计提供了有力的参考依据,不仅缩短了研发周期,而且节约了成本。     

煤矸石自燃模拟试验研究

通过煤矸石自燃模拟试验,得出了如下结论:矸石自燃排放出的微量元素已形成较严重的工业污染源,引起了采矿区的空气环境污染,特别是其中的F、Hg、Pb等元素逸出率较高,并提出了一些控制矸石山自燃的工程控制措施,为矸石山自燃的控制提供借鉴。     

尾巷对采空区煤自燃影响的数值模拟研究

为了研究尾巷对采空区煤自燃的影响,建立了带有尾巷的三维采空区的几何模型,利用UDF编写采空区碎胀系数和孔隙率的分布函数,从尾巷的联络巷间距和回风巷与尾巷之间的压差两个方面进行了模拟.结果表明:尾巷的联络巷间距对采空区自燃有重要的影响,闻距增大,采空区自燃带的宽度也增大,越靠近回风侧,宽度增加越快;回风巷与尾巷之间的压差...     

缓斜中厚煤层综采工作面采空区自燃“三带”数值模拟研究

煤自燃火灾的出现会严重地影响和威胁着煤矿的安全性.采空区自燃“三带”的确定,对防灭火具有重要意义.根据紫金矿综采面采空区的特点,采用FLUENT软件数值模拟方法,判定下紫金矿1203综采面自燃“三带”分布规律,可为工作面自燃火灾的防治提供理论依据.     

煤自燃过程控制步骤的分析

煤自燃氧化反应中扩散和化学反应对总速率起主要的作用,但是其相对重要性往往会随着反应条件变化而变化。分别讨论了温度和粒度对各步骤速率常数的影响以及控制步骤的相应变化,最终确定了控制步骤在温度和粒度的不同区域内的分布。