地面储煤堆自燃规律及测试方法

在探讨地面储煤堆自燃规律的基础上，研制出可伸缩深基点测温仪表，并应用于大同局煤峪口矿露天储煤场，得出煤堆自热层、自燃层厚度值及大同煤储煤堆自燃的内在特性。     

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。     

神华煤自燃特性与防治的实验室研究

神华煤属I类易自燃煤,采用自制的煤体自热升温实验系统进行神华煤自然特性研究.研究表明末煤层厚度20cm时就可以起到降低煤体内氧气浓度的作用,厚度越厚影响越强,但厚度超过35cm以后该作用递增减弱,所以可以在煤堆表面铺设50cm厚的末煤(<3mm)来预防煤堆自燃.末煤铺设位置在煤堆的中下部表面.     

煤堆自燃影响因素及防治

煤堆自热自燃会使煤的品位下降,污染自然环境,严重的会引发火灾,造成巨大的经济损失.在分析总结影响露天储煤堆自燃的内在和外在影响因素的基础上,进一步阐述了防治露天储煤堆自燃的方法和措施.     

型煤中空隙分布规律试验研究

为研究型煤制备工艺与性能之间的关系,以指导生产工艺优化,利用单偏光显微镜及数字图像处理技术对不同黏结剂添加量和成型压力下制备的型煤空隙总体特征,以及水平方向与垂直方向上空隙分布特征进行研究,深入分析了空隙直径、位置及定向程度等特征。研究结果表明:不同黏结剂添加量及成型压力制备的型煤中空隙率差别较大;型煤水平方向与垂直方向上空隙率不同,水平方向上空隙直径较为集中;型煤空隙分布不均匀,定向程度差;型煤空隙从表面到内部有增大趋势。     

煤堆自然发火的试验研究

针对地面煤体自燃的原因和特点，进行了为堆自然发火的模拟试验，根据实验结果论述了煤体自热与自燃进程、温度场等的变化特征。实验研究发现：露天自然煤堆受环境因素影响较大；煤堆内部与表面温度的变化是一个动态的逆向过程，煤体的温升和延燃主要是向上；同一点的温度随时间呈幂指数规律变化，同一时刻不同部位的温度随其距热源的距离呈负指数规律变化。     

承压破碎煤体空隙率分形模型及试验研究

为了识别采空区应力加载对破碎煤岩空隙率的影响,基于采空区应力恢复及空隙率对煤自燃影响角度,分析了采空区空隙率对煤自燃发生中的漏风强度、氧气浓度分布、蓄热环境的影响。通过对恒昇采空区破碎煤体的压实实验,测试了其应力应变及空隙率变化特征。结合分形理论,建立了承压颗粒煤分形空隙率模型,明确了分形模型的初始参数,并对实验数据及理论计算数据进行比较。结果表明：(1)在应力作用下,破碎煤体发生压实变形,造成颗粒级配发生变化,进而造成分型维数增大与空隙率发生变化,说明随工作面推进及采空区应力逐渐恢复状态下,采空区破碎煤体空隙率呈现动态变化;(2)通过测试原始煤样与破碎后煤样粒径分布与级配变化,获得了承压破碎煤体的分形维数,发现承压破碎煤体分形维数增大则说明受载煤样更加破碎,在应力加载状态下其空隙率逐渐减小;(3)通过分形理论与承压破碎煤体的应力应变关系,建立了承压颗粒煤的分形空隙率理论模型,理论计算结果与实验结果误差在0.028～0.106,可满足工程需要;(4)分析了该模型的使用条件,在获得破碎煤岩应力应变函数及应力加载路径的前提下,该模型可对任意状态下的空隙率进行预测。     

基于CT扫描的承压破碎石灰岩空隙结构演化特征

为探究承压破碎石灰岩内部空隙的空间演化特性，对不同应力状态下的破碎石灰岩开展了CT扫描重构，通过图像优化处理及三维重构技术，实现了破碎石灰岩内部空隙的可视化、定量化表征。研究结果表明：颗粒在应力作用下发生了再破碎，二次破碎颗粒逐渐“填充”到空隙中，造成颗粒间空隙的减小；随着应力的增大，颗粒间的空隙不断被挤压、分割，导致各层位的空隙数量增多，且上部层位增加幅度尤为明显；应力带来颗粒再破碎的同时直接影响着破碎石灰岩空隙结构的演化特征，随着应力的增大，试样整体空隙率呈线性减小趋势，而应变增大速率逐渐减小，直至趋于稳定；承压破碎石灰岩空隙结构存在着明显的分层演化特性；同一应力下，空隙率在不同层位大小依次为下部层位、中部层位、上部层位，即距离施力端越近，颗粒再破碎行为及空隙率减小程度越明显。     

风速对煤堆内部热积聚的影响

为研究煤在自然堆积状态下氧化蓄热自燃的特征及不同风速对煤堆自燃的影响,利用 COMSOL数值模拟软件研究了煤堆温度场变化,以及不同风速条件下煤堆自然发火期与煤堆内高温点位置变化情况.结果显示:自燃后其高温点会移动至煤堆底部,并且随着煤堆温度升高,高温点逐渐向煤堆迎风侧表面移动;０．０５m/s为风速临界值,当风速超过或低于０．０５m/s时,煤堆自然发火期均被延迟;其次,风速增大会导致煤堆内部自燃范围由迎风侧逐渐向煤堆背风侧移动.风速对煤堆自燃的影响较为复杂,可以通过降低风速或增大风速的手段来延迟煤堆自然发火期.     

单轴受压条件下煤岩非均质性对其破坏特征的影响

以忻州窑14号煤为研究对象,基于波速测试、CT扫描和三维重构技术,分析了煤岩内部原生裂隙、孔隙以及矿物夹杂分布的非均质特征,研究了单轴受压条件下,沿不同方向加载时,煤样内部结构分布的非均质性对煤岩破坏特征的影响。研究发现,煤样内部原生裂隙、孔隙以及矿物夹杂分布方向的非均质性是造成不同加载方向上煤岩破坏特征差异性的原因:煤样内部原生裂隙、矿物夹杂沿层理方向分布和延伸,造成沿垂直层理加载煤样的单轴抗压强度、总声发射计数等参数的均值高于沿平行层理加载的煤样;割理的横向截割作用使沿垂直割理加载煤样整体性低于沿平行割理加载煤样,并造成其单轴抗压强度,总声发射计数等参数的均值以及加载过程中声发射现象的规律性略低于后者;煤样单轴抗压强度与纵波波速呈指数函数关系,煤样内部非均质性对其单轴抗压强度的影响可由非均质系数表示,且2者呈负相关。     

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。     

含热源高温松散煤体自吸氧规律数值分析

为了研究松散煤体内氧气输运影响因素及规律,以自行建立的高温松散煤体自吸氧实验装置为对象,采用CFD软件建立了实验装置的数值模型,研究了不同热源强度、空隙率条件下松散煤体高温区域的自卷吸供氧过程。结果表明:随热源强度增加,松散煤体内气流所受浮升力增大,气流运移速度加快可为高温区域运送更多氧气;随着距热源端距离的增加,气流速度v会逐渐变小;在热源强度一定情况下煤体内速度大小与空隙率成正相关,空隙率对松散煤体内气体总压分布影响较小;垂直方向的漏风供氧通道(出风流通道)有利于松散煤体高温火区自卷吸供氧的形成及发展。     

含热源高温松散煤体自吸氧规律数值分析北大核心

为了研究松散煤体内氧气输运影响因素及规律,以自行建立的高温松散煤体自吸氧实验装置为对象,采用CFD软件建立了实验装置的数值模型,研究了不同热源强度、空隙率条件下松散煤体高温区域的自卷吸供氧过程。结果表明:随热源强度增加,松散煤体内气流所受浮升力增大,气流运移速度加快可为高温区域运送更多氧气;随着距热源端距离的增加,气流速度v会逐渐变小;在热源强度一定情况下煤体内速度大小与空隙率成正相关,空隙率对松散煤体内气体总压分布影响较小;垂直方向的漏风供氧通道(出风流通道)有利于松散煤体高温火区自卷吸供氧的形成及发展。     

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。     

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。     

BGL气化过程中煤热解特性数值分析与研究

厘清煤颗粒热解的内部温度变化和挥发分析出规律,是优化炉体结构和操作参数、进一步提升BGL煤气化经济性的基础。本文通过剖析BGL煤气化热解过程构建了煤颗粒热解模型,并利用文献实验数据验证了模型合理性。模型求解采用解耦算法,其中传热模型采用追赶法,热解动力学模型采用4阶单步递推法,环境温度由移动床一维模型计算。模拟结果表明：BGL煤气化热解终温较高,颗粒内部径向温度变化大;粒径取10 mm,热解终温计算值1 372 K,煤颗粒表面和中心温差峰值计算值338 K;粒径取40 mm,相应计算值分别为1 412 K和381 K;煤颗粒挥发分析出过程与气固非催化缩核反应过程相似,印证了煤热解过程受传热过程控制;热解动力学的描述以FZ通用热解模型适应性更好;移动床一维模型预测BGL煤气化热解层高度时,热解蒸发模型优于FZ通用热解模型,预测值为0.616 5 m,与搅拌器运行情况相符。     

基于等效氧化暴露时间理论的褐煤自燃特性研究

为研究堆积褐煤自燃特性,通过开放式恒温实验获得不同体积立方体褐煤(边长分别为0.05,0.1,0.15和0.25 m)内部升温曲线、临界自燃着火点温度(Tc)和表观活化能等特征参数。基于等效氧化暴露时间(EOET)理论,针对实验条件建立均质多孔介质的多场耦合数学模型,并通过实验结果验证了数值模拟的合理性,从而掌握了实验无法获得的温度场、氧浓度场和渗流场的动态分布。通过实验将褐煤升温过程划分为4个阶段。结合实验及数值模拟明确了煤体热量产生与传递、水分蒸发与运移、氧气消耗与运移、自然对流等多种因素的耦合关系,探讨了升温过程中相对EOET与产热加速率的负相关关系。进而对大型煤堆自燃状态进行模拟,验证了煤堆临界自燃着火点温度实验式的合理性。     

重力压实作用对空隙率的分布特征研究

溜井放矿过程中堵塞问题与储料内部空隙率分布特征 密切相关。以松散岩体分维数为基础确定贮矿段不同高度 的储料空隙率,通过理论推导得到储料总质量、贮矿标高与 空隙率之间的关系,结合相似模拟试验与理论分析结果进行 比对,误差值小于0.05,验证数据符合实际,并对数据进行拟 合得到储料总质量、贮矿标高与空隙率的关系式;研究发现 空隙率变化并不会随贮矿高度的增加而变小,重力压实作用 会影响距离储料面7~10m 范围内的空隙率,当空隙率达到 最小值后趋于不变并达到空隙率极限;通过理论计算与相似 试验结果对比分析,根据单位高度处不同级配测到分维数,其 结果与空隙率成正比;结合研究结果,在控制卸矿粒径和储料 高度、放矿管理3个方面提出了合理利用空隙率大小以及矿 岩流动性的具体措施,对矿山生产实践具有一定的指导意义。     

煤场盘点方法及盘点盈亏量的计算

通过对煤堆体积的测量及煤堆密度的测定,详细介绍了煤场的盘点方法及盘点盈亏量的计算,指出应及时掌握煤场堆煤方式、分析不同煤种对煤堆密度的影响、制作灰分与堆积密度的曲线,以确保煤场煤堆密度的准确测定。     

煤炭堆场起尘影响因素研究

通过一系列试验研究,监测分析了风速、含水率、煤堆高度、装卸方式等因素对露天煤炭堆场起尘的影响,结果表明当风速为2～3m/s,煤堆表面的含水率在6%～8%,煤堆高度在14m以下时,同时控制装卸作业落差,并对重点部位进行喷水抑尘,可有效控制煤炭颗粒起尘。