供风量对褐煤自燃极限参数的影响研究

为研究不同供风量对褐煤自燃特性的影响规律,选取平庄瑞安煤矿褐煤作为试验煤样,利用程序升温试验和气相色谱仪,研究低温氧化阶段不同供风量条件下褐煤自燃极限参数与温度、供风量之间的变化规律。结果表明:温度在40~120℃时,随着供风量增大,褐煤的最小浮煤厚度和下限氧浓度降低,上限漏风强度增加;温度在120~200℃,供风量为40~80 mL/min和160~200 mL/min时,随着供风量的增加,其最小浮煤厚度和下限氧浓度增加,上限漏风强度减少;供风量为80~160 mL/min时,在供风量增大的情况下,褐煤的最小浮煤厚度和下限氧浓度降低,上限漏风强度增加;随着供风量减小,煤样临界点温度降低。     

空气相对湿度对煤自燃特性的影响研究

为研究空气相对湿度对煤自燃特性的影响,运用自制空气湿度控制装置和程序升温试验台,通入湿度不同的空气,对砚石台矿煤样进行程序升温,测定不同温度下所产生气体的浓度,分析耗氧速率、CO和CO2产生率、放热强度以及自燃极限参数的变化规律。试验结果表明:低温氧化前期,煤体的耗氧速率、放热强度和CO产生率与空气相对湿度成正比。随着反应的进行,85%或32%的湿度均会对耗氧速率、放热强度和CO产生率产生一定的抑制作用;CO2产生率随空气相对湿度的增大先升高后降低,最小浮煤厚度和下限氧浓度随空气相对湿度的增大先减小后增大,上限漏风强度先增大后减小。增大空气相对湿度对煤低温氧化前期有促进作用,其自燃环境条件更易被满足,自燃危险性升高。     

凯达煤矿采空区煤自燃极限参数分析*

为更加精准地判定采空区自燃危险区域,对煤自燃极限参数的计算方法进行改进,采用能量守恒微分方程的分析解计算煤自燃所需必要条件的极限值;以内蒙古凯达煤矿为例对该方法进行验证,根据浮煤的物性参数以及采空区环境条件,计算分析46205工作面回风侧采空区煤的自燃危险性;根据采空区漏风条件以及煤自燃所需要的氧浓度值,分析在遗煤较厚的条件下采空区可能发生的煤自燃危险性,划分不同遗煤条件下采空区自燃危险区域。结果表明:采空区实际遗煤厚度无法满足浮煤持续升温的要求,通过分析煤自燃极限参数可知,自然条件下浮煤在升温达到约30 ℃时其温度不再增加,因此不具有自燃危险性。     

受压浮煤自燃过程试验研究

矿井采空区遗煤自燃大部分为处于受压状态下的自燃。为观察压力对浮煤自燃过程的影响,采用自制的浮煤加载自燃试验装置对受压浮煤层与自然堆积状态下的自燃过程进行试验研究。结果表明:加载对浮煤的自燃过程确实存在一定影响。加载会加快浮煤层的升温速度,缩短自然发火期,降低最小浮煤层厚度,改变采空区"三带"的划分;加载对厚度介于0.8～1.2 m之间浮煤自燃过程影响最大;随着压力的增加,压力对浮煤自燃过程的影响逐渐减弱,当压力小于1 600 N时,压力的增加对浮煤自燃过程的影响较明显,当压力大于1 600 N时,压力的增加对浮煤自燃过程的影响变小,当压力大于2 600 N时,压力的增加对浮煤自燃过程几乎无影响。     

遗煤二次氧化过程中自燃极限参数变化规律试验

为研究煤体一次和二次氧化过程中自燃极限参数的变化规律,运用程序升温试验台,对弱黏煤、1/3焦煤、贫煤进行一次氧化升温,经绝氧降温后进行二次氧化升温,对比分析3种烟煤两次氧化过程中的耗氧速率、放热强度、自燃极限参数变化规律。结果表明:对于同一种煤,二次氧化时的耗氧速率、放热强度、自燃极限参数曲线在某一温度范围内与一次氧化时的对应曲线发生交叉;对于不同变质程度的煤,交叉温度范围不同,变质程度越低,交叉温度范围越高;煤的变质程度越低,二次氧化时的自燃极限参数极值变化率越大。     

表土厚度对浅埋工作面采空区自燃的影响规律

鄂尔多斯地区的煤层埋藏浅,表土层厚度对地表漏风影响明显,继而导致采空区的自燃危险区域发生变化。为此以某煤矿4201工作面为研究对象,先通过二维离散单元程序UDEC模拟确定地表与采空区连通时的表土层厚度范围,再根据该模拟结果建立不同表土层厚度条件下的采空区漏风模型,用Fluent数值模拟软件对采空区自燃危险区域进行模拟。结果表明:当采空区上覆基岩厚度一定、表土厚度小于74 m时,煤层开采后地表裂隙会与采空区连通,从而导致地表漏风;表土层厚度越小,采空区自燃危险区域的范围和地表漏风量就越大,两者近似呈对数函数关系;地表漏风不但使采空区自燃危险区域的范围明显增大,而且使回风侧宽度大于进风侧宽度。     

深部邻近采空区多漏风条件下自燃“三带”分布规律研究

为探究深部邻近采空区多漏风通道对煤自燃“三带”的影响,以唐山矿0291工作面为工程背景,采用FLUENT软件模拟多漏风环境采空区内氧气浓度的分布规律,并依此划分不同漏风条件下采空区自燃危险区域;在工程现场设置束管监测装置监测采空区内氧气浓度,依据监测数据对模拟结果进行现场验证。模拟结果表明：随工作面推进,采空区上下隅角相邻区域形成多漏风通道且漏风量增加,漏风导致采空区散热带和氧化带向深部运移,其进、回风巷氧气浓度大于8%的范围由64、40m增至101、80.2m。现场验证表明：束管监测工作面采空区氧化带宽度与数值模拟结果误差小于5%,模拟结果得以验证。     

综放采空区瓦斯与煤自燃多场耦合模拟研究

为了分析瓦斯与煤自燃多场耦合致灾特性,结合瓦斯抽采引起的采空区混合气体流动、气体组分渗流与采空区渗透率变化、固气两相热量传输等多物理过程,建立了基于综放采空区高位钻孔瓦斯抽采的热-流-化多场耦合数学模型,采用COMSOL软件模拟了综放采空区高位钻孔抽采瓦斯诱导煤自燃过程,阐明了瓦斯与煤自燃多场耦合致灾机理,得到了寸草塔二矿31102综放采空区氧化带范围与高温范围,并探讨了抽采强度对综放采空区氧浓度场与温度场的影响。研究结果表明:高位钻孔抽采瓦斯有效地降低了回风巷瓦斯浓度,保证了31102综放工作面安全高效回采。增大综放采空区高位钻孔抽采瓦斯强度不能保证煤自燃安全性,二者存在矛盾,在得到高效抽采瓦斯的同时,会造成进风侧氧化带宽度增加,采空区氧化带边界向深处蔓延,扩大煤自燃高温区域,漏风携氧充分的参与煤氧复合反应,采空区最高温度逐渐上升,煤自燃风险增大。     

氯盐阻化剂对煤自燃极限参数影响的试验研究

阻化技术是防治煤自燃的常用技术之一,研究阻化剂对煤自燃极限参数的影响是确定阻化效果的关键.采用程序升温试验,分析气煤和长焰煤的原煤样和经MgCl2、KCl、CaCl2、NaCl 4种阻化剂处理后的煤样耗氧速率和放热强度,并计算自燃极限参数和阻化率.结果表明:氯盐阻化剂可降低煤自燃低温阶段的煤耗氧速率和放热强度;4种阻化剂中对气煤煤样的平均阻化率最高是MgCl2 (63.6％),对长焰煤则是CaCl2 (45.9％),平均阻化率与自燃极限参数变化率呈正相关;气煤经MgCl2处理后自燃极限参数变化率最大,长焰煤经CaCl2阻化处理后的自燃极限参数变化率最大,对于气煤4种阻化剂阻化能力由大到小为MgCl2 KCl、CaCl2、NaCl,对长焰煤则为CaCl2、MgCl2、KCl、NaCl;氯盐阻化剂中MgCl2对气煤自燃极限参数影响最大,阻化效果好,而对长焰煤则为CaCl2.     

不同粒径易自燃煤常温氧化实验研究*

为探究易自燃煤在常温条件下的氧化特性,自行设计煤常温封闭氧化实验装置,采用实验研究与回归分析2种方法,分析易自燃煤发生氧化反应的气体变化过程,探究3种粒径煤样在20 ℃有限空间内的耗氧与产气特征。结果表明:易自燃煤样在16 d常温封闭氧化过程中,容器内O2体积浓度呈指数衰减、CO和CO2体积浓度呈指数增长的变化规律;在0.06~0.83 mm范围内,粒径越大,易自燃煤耗氧速率越大,CO和CO2产生速率则先增大后减小;介于中间的粒径为0.13~0.25 mm易自燃煤氧化反应最强烈,更容易发生氧化。研究结果对揭示生产环境温度下煤粒粒径对煤自燃的影响有一定的意义。     

煤氧复合热效应的影响因素分析

煤的氧化放热是引起煤自燃的主要原因。煤氧复合热效应与耗氧速率和表面反应热有关。通过分析得出 ,q(z,n,CO2 ,T,d5 0 ) =h(Z) .g(n) .f (CO2 ) .I(T) .Ψ (d5 0 )。其中主要影响因素为煤结构、温度、氧浓度及粒度。根据威斯化学结构模型、本田化学结构模型及煤分子中包含的 7种表面活性结构 ,推出煤自燃表面分子结构模型 ,并分析其表面活性结构的种类、数量、活泼性 ,它们随煤体不同而千差万别 ;表面活性结构随温度变化的氧化活泼性及反应过程不同 ,造成煤表面氧化反应热 H不同。外在主要影响因素—煤的温度、氧浓度、粒度不同造成了耗氧速率 VO2 不同 ,使煤的放热强度不同。对此 ,通过 XK型煤自然发火实验台及 XKS程序升温实验台进行了实验分析     

Numerical investigation and theoretical prediction of self-ignition characteristics of coarse coal stockpiles

Spontaneous combustion of coarse coal stockpiles in temporary coal storage yards was investigated numerically using COMSOL Multiphysics software. The main purposes of the numerical investigation were to identify the self-ignition characteristics of coarse coal stockpiles and formulate a theoretical model to predict the self-ignition time and locations of coarse coal piles. A mathematical model for self-ignition of coarse coal piles was developed and the process of spontaneous ignition of coarse coal stockpiles was simulated. The kinetic data of low-temperature oxidation reaction was obtained from the laboratory-scale experiments with bituminous coals taken from Jindi Coal Mine of Shanxi Province in China. The influence of moisture was ignored because the studied coal had low moisture content (mass concentration: 1.87%) and both coal and ambient environment were assumed to be saturated with moisture (or ambient environment was assumed to be dry). The effects of five variables (i.e. wind velocity, oxygen concentration, height, porosity, and side slope) on the spontaneous ignition in coarse coal piles were examined. Simultaneously, a theoretical prediction model was formulated in light of variable analyses and a great number of simulations.Compared to self-ignition characteristics of fine-particle coal piles, several self-ignition characteristics of coarse coal piles were identified by numerical investigation. Wind-driven forced convection plays a predominant role in self-heating of coarse coal piles. As wind velocity increases, the self-ignition location in the pile migrates from the lower part which is close to the surface of the windward side to the upper part near to the surface of the leeward side. Wind velocity increase exerts the positive or the negative effect on self-heating, which depends on a critical wind velocity value to sustain balances of both the heat and the availability of oxygen in the coarse coal pile. The behavior of self-ignition is remarkably sensitive to both oxygen concentration and height, and a coarse coal stockpile will not ignite spontaneously as long as one of two critical variable values is satisfied: oxygen concentration of 5% or height of 3 m. The theoretical prediction model suggests when and where countermeasures should be made to prevent the self-ignition in the coal stockpile with engineering accuracy.     

氧浓度对煤低温氧化热效应影响规律研究

为了准确掌握氧浓度对煤低温氧化热效应的影响,采用C80微量量热仪研究低温阶段煤氧化的自热过程,根据单升温速率的非等温动力学分析方法,得到不同氧浓度下煤样的活化能。研究结果表明:氧浓度对实验初始阶段的热流曲线和放热量的影响较小,随着温度的升高,氧浓度对热流曲线和放热量影响逐渐变得明显,放热趋势随着氧浓度的增大而增强;煤样的初始放热温度随着氧浓度的增大而降低;活化能随着氧气浓度的降低呈阶梯式上升;总放热量和氧浓度服从线性方程y=ax+b;与21%（空气气氛）氧浓度相比,15%,10%和5%氧浓度下煤的放热量分别降低了约19%,33%和46%,表明降低氧浓度对煤样的氧化放热具有明显的减缓作用。因此可以加强采空区的密闭性检测、注入惰性气体,使采空区的氧浓度尽可能地低,对采空区煤自热升温的防治有着理论指导意义。     

火源位置对浮法玻璃热破裂行为规律影响研究*

为了研究火源位置对浮法玻璃热破裂行为规律的影响,选用尺寸为600 mm×600 mm×6 mm（长×宽×厚）的浮法玻璃为研究对象,研究在点支撑和框支撑安装方式下,在玻璃厚度方向上不同火源位置的浮法玻璃热破裂情况,分析其首次破裂时间、破裂时表面温度以及裂纹起裂方式等热破裂行为参数,加深对浮法玻璃热破裂行为机理的研究。结果表明:在火源位置实验中进行中心热辐射时,点支撑安装方式下的浮法玻璃防火性能优于框支撑安装方式下的浮法玻璃;其次,玻璃表面会形成大量孤岛裂纹和交叉裂纹,裂纹最终形态受火源位置影响,火源位置与裂纹数量、裂纹分布复杂性呈负相关。     

Flammability limit measurements for dusts in 20-L and 1-m3 vessels

Two types of flammability limits have been measured for various dusts in the Fike 1-m³ (1000-L) chamber and in the Pittsburgh Research Laboratory (PRL) 20-L chamber. The first limit is the minimum explosible concentration (MEC), which was measured at several ignition energies. In addition to the three dusts studied previously (bituminous coal, anthracite coal, and gilsonite), this work continues the effort by adding three additional dusts: RoRo93, lycopodium, and iron powder. These materials were chosen to extend the testing to non-coal materials as well as to a metallic dust. The new MEC data corroborate the previous observations that very strong ignitors can overdrive the ignition in the smaller 20-L chamber. Recommendations are given in regard to appropriate ignition energies to be used in the two chambers. The study also considered the other limiting component, oxygen. Limiting oxygen concentration (LOC) testing was performed in the same 20-L and 1-m³ vessels for gilsonite, bituminous coal, RoRo93, and aluminum dusts. The objective was to establish the protocol for testing at different volumes. A limited investigation was made into overdriving in the 20-L vessel. The LOC results tended to show slightly lower results for the smaller test volume. The results indicated that overdriving could occur and that ignition energies of 2.5 kJ in the 20-L vessel would yield comparable results to those in the 1-m³ vessel using 10.0 kJ. The studies also illustrate the importance of dust concentration on LOC determinations.     

煤层露头自燃火灾演化规律数值模拟研究

为解决煤层露头自燃所引起的资源浪费和环境污染,以新疆台勒维丘克煤层露头为研究对象,采用数值模拟方法研究煤层露头在火风压、火风压及外部风压作用下的自燃演化规律,为治理火区和保护环境提供依据。研究表明:火风压作用下,风流最大流动速度0.729 m/s,火风压最大达到170.2 Pa;火风压与外部风压联合作用下,煤层露头动力系统是负压通风系统,在漏风速度为0.2 m/s时,研究5个典型位置的温度、氧浓度、速度及压力的变化规律;并分析孔隙率、漏风速度对煤层露头自燃火灾的影响,说明大孔隙和漏风供氧为火灾大规模发展提供有利条件。研究成果对治理火区及保护生态环境奠定坚实基础。     

低压下近熄灭极限区域纸火蔓延实验研究

对低压下的近熄灭极限区域水平纸火蔓延进行了实验研究。通过降低环境压力和氧气浓度,确定了水平纸火蔓延的着火极限,并得出了在极限氧气浓度条件下的火蔓延速度变化规律。在相同氧气浓度下(43%)进行了不同压力的水平纸火蔓延实验。结果表明,火蔓延速度在近熄灭极限区域内非线性增加,通过比较分析前人火蔓延速度实验结果,确定了火蔓延近熄灭极限区域和线性增长区域的分界压力值。此外,得出了压力分界处的火焰变化特征,并根据火焰图像与理论分析,得出了不同区域内的火蔓延传热机制。