风障联合压实防治煤堆自燃技术工艺参数优化

为提高煤堆自燃的防治效果,降低经济成本和提高施工的灵活性,基于煤堆自燃理论,使用COMSOLMultiphysics 5.0数值仿真软件,建立煤堆自燃模型,研究了煤堆最高温度和自然发火期变化及相关措施实施后最高温度降低规律,对比了单独压实、独立风障和风障联合压实的温度降低量,优化了联合措施的工艺。结果表明,煤堆孔隙率越小,自燃风速范围越宽,最小、最易、最大自燃风速越大;单独进行煤堆压实存在因孔隙率增加而降低的最低不宜风速;针对6 m高煤堆单独使用风障时,只有风障高12 m、距离煤堆25 m才能避免煤堆自燃;风障联合压实措施中,风障高7.5~9 m,设置距离煤堆10~30 m即能保证煤堆不自燃。说明联合的煤堆最高温度降低量更大,且能扩大压实的适用范围,降低风障高度,节约经济成本,增加风障现场施工的灵活性。     

风障联合压实防治煤堆自燃技术工艺参数优化

为提高煤堆自燃的防治效果,降低经济成本和提高施工的灵活性,基于煤堆自燃理论,使用COMSOLMultiphysics 5.0数值仿真软件,建立煤堆自燃模型,研究了煤堆最高温度和自然发火期变化及相关措施实施后最高温度降低规律,对比了单独压实、独立风障和风障联合压实的温度降低量,优化了联合措施的工艺。结果表明,煤堆孔隙率越小,自燃风速范围越宽,最小、最易、最大自燃风速越大;单独进行煤堆压实存在因孔隙率增加而降低的最低不宜风速;针对6 m高煤堆单独使用风障时,只有风障高12 m、距离煤堆25 m才能避免煤堆自燃;风障联合压实措施中,风障高7.5~9 m,设置距离煤堆10~30 m即能保证煤堆不自燃。说明联合的煤堆最高温度降低量更大,且能扩大压实的适用范围,降低风障高度,节约经济成本,增加风障现场施工的灵活性。     

硫化矿石堆自燃预测预报技术

笔者在参考大量有关煤炭自燃理论研究成果的基础上,结合国内外关于硫化矿石氧化自燃的研究现状,对硫化矿石堆自燃的预测预报技术进行系统分析。概述硫化矿石氧化自热的机理;详细介绍硫化矿石的自燃倾向性测试、综合因素评价、统计经验法等预测方法;找出煤炭与硫化矿石堆自燃过程的共性,提出了数学模型模拟预测方法;阐述了标志气体分析和测温两种预报方法。展望硫化矿石堆自燃预测预报技术对硫化矿山的安全生产具有重要的指导意义。     

煤中掺比伴生硫化物的自燃特性分析

为了深入探究矿井下伴生硫化物对煤自燃及着火燃烧特性的影响,向原煤中添加不同量的含硫物配制4种不同含硫量的煤样,通过TG实验、DSC测试和XRD分析,研究伴生硫化物对煤自燃及着火燃烧特性的影响规律;基于Coats-Redfern法计算煤中掺加不同伴生硫化物时煤燃烧阶段的活化能。研究结果表明:随着煤中掺比伴生硫化物的增多,煤的特征温度相应减小,而吸氧量、可燃和稳燃指数相应增大,原煤中混入伴生硫化物后更易自燃;随着煤中掺比伴生硫化物的增多,煤燃烧阶段的活化能降低,煤更易着火燃烧;伴生硫化物的主要成分为水绿矾、叶绿矾,这些物质在常温下遇水和氧气能够发生化学循环反应,反应放热促使了煤更易自燃;伴生硫化物在温度高于200℃以后整体表现为放热,在温度为565℃时达到放热峰值,这使得煤燃烧阶段的活化能降低,煤更易燃烧。     

FeS引发储油罐着火温度动态变化曲线的研究

储油罐着火事故被推测是由硫腐蚀产生的FeS氧化引起的。笔者阐述了储罐中FeS形成的原因 ,并采用自然发火绝热测试系统对FeS自然氧化进行 1 9h的跟踪实验 ,观察FeS绝热氧化过程中温度动态变化特性。实验发现 ,FeS氧化由诱导氧化期、中速氧化期和加速氧化期 3个阶段组成。诱导氧化期是积蓄能量 ,激发FeS活性的过程 ,试样温度基本未发生变化 ;中速氧化期是FeS试样表面的分子活性被激发 ,与FeS试样表面吸附的氧气发生氧化反应的过程 ,温度增加较慢 ;加速氧化期是FeS分子内部的活性被激活并进行氧化反应的过程 ,温度迅速升高。结果证明 :随着反应的进行 ,温度随反应时间变化的幅度越来越大 ,氧化反应的反应热不能及时散开而急剧地积累 ,温度急剧地升高 ,将引起油品自燃。此外 ,通过X衍射图和氧化升温曲线证明 ,水是影响FeS氧化的重要因素。     

含硫油品储罐腐蚀产物自燃及其防治理论研究

含硫油品储罐内壁腐蚀产物(Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3)与H2S反应生成硫化铁,硫化铁的氧化放热是引起储罐火灾的主要原因.实验模拟了油品储罐中硫化铁的生成,研究了在无氧条件下H2S气体与油品储罐内壁腐蚀产物的反应以及生成的硫化铁在自然环境下的氧化自燃性.结果表明,Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3,以及它们的混合物经硫化后生成的硫化铁具有很高的自然氧化活性,在自然环境中,常温下能迅速和空气中的氧气反应并放出大量的热,热量积聚引起储罐火灾爆炸事故.在实验结论的基础上,提出了一些行之有效的安全防范措施.     

Experimental hazardous risk investigation of energetic styphnic acid analytical reagent in calorimetric analysis

Analytical reagents identify and manage metal pollution, a major environmental issue. Regrettably, these compounds' safety concerns, especially when heated, have been neglected. This research examines the thermal hazard of the extremely reactive analytical reagent styphnic acid. Differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, and accelerating rate calorimetry examined styphnic acid's thermodynamics. Thermogravimetric analysis showed weight loss reactions starting at 127 °C and peaking at 208 °C. Differential scanning calorimetry showed an endothermic peak at 176 °C. The accelerating rate calorimetry test showed that styphnic acid self-accelerates at 237 °C after 196.5 °C. Kissinger, Ozawa-Flynn-Wall, and Kissinger-Akahira-Sunose thermokinetic models calculated apparent activation energy from 131.677 to 155.718 kJ/mol. A nonlinear regression analysis showed that styphnic acid undergoes a two-step autocatalytic reaction during heat degradation. Thermal safety was assessed by measuring time to conversion limit, maximum rate, total energy release, self-accelerating decomposition temperature, and adiabatic temperature rise. Styphnic acid is less stable at higher temperatures and its thermal hazards depend on heating rate. The computed SADT was 109.04 °C, with alarm and control temperatures of 104.04 and 99.04 °C, respectively. The risk matrix analysis based on T_ad and TMR_ad suggests reducing thermal instability. This study on styphnic acid's thermal risks and safe storage and transit during analytical applications is beneficial.     

石油贮罐硫自燃的化学机理和控制技术

根据硫化学、电化学和热化学原理 ,系统地分析研究了石油贮罐硫化物的形成和硫自燃的化学机理 ,探讨石油贮罐硫自燃控制技术 ,并提出了新的自然控制思路。笔者认为 ,化学反应、放热、热量积蓄是自燃条件 ,硫氧化、聚热、升温、着火为自燃的主要过程 ;控制硫自燃的主要技术有防止硫腐蚀、减少硫化物的氧化反应、加快散热和降低温度 ,而最有效的方法是电化学控制技术。     

红外测温法测定硫化矿石堆自热温度的影响因素研究

硫化矿自燃是一个以氧化放热为主、自发产生热量及热量积蓄引起硫化矿堆升温的非常复杂的物理化学过程.因此,研究硫化矿自热过程是研究硫化矿自燃早期预测预报方法的前提.文章以红外非接触方式,利用RaytekminiTemp红外测温仪和CENTER可记录温度计测定硫化矿石堆氧化自热温度,重点分析了测定过程中的实际温度时影响精度的有关因素,主要有矿样种类、矿样温度、矿样块度、检测距离、环境温度、光束与矿样的夹角.通过实验室研究,为研制出专门用于舍硫矿自燃预测预报的装置提供理论依据,从而达到预测预报硫化矿自燃的目的.     

硫化矿石自燃倾向性鉴定技术研究

根据硫化矿石自燃过程的复杂性,通过程序升温氧化（TPO）实验对硫化矿石吸附性能进行研究,提出了硫化矿石程序升温氧化（TPO）吸氧鉴定的方法,测试矿样温度从30℃到1000％条件下的总吸氧量和自热起始温度作为硫化矿石自燃倾向性鉴定指标,并对其进行分类;提出了基于支持向量机的硫化矿石自燃倾向性预测方法,通过预测建模最终达到了预期数据与实际数据的最佳拟合。     

Thermal safety assessment for solid organic peroxides

The thermal hazards of dicumyl peroxide (DCP) and benzoyl peroxide (BPO), self-reactive chemicals are identified and characterized using high-pressuredifferential scanning calorimeter, and simultaneous thermogravimetric analyzer, a C80 micro-calorimeter is used. The apparent exothermic onset temperature of DCP is found to be between the range of 112–122 °C for different heating rates in DSC tests. There are two coupled peaks of BPO around 105 °C at both the heating rates of 4.0 and 8.0 °C/min while no endothermic peak showed at lower heating rates. Furthermore, another endothermic peak appears immediately after the exothermic peak at about 211 °C of DCP under high-pressure conditions. For BPO, the endothermic peak before the exothermic peak disappears as the pressure increases to 1.0 and 1.5 MPa. The average values of apparent activation energy calculated by Flynn-Wall-Ozawa and Kissinger-Akahira-Sunose methods during the conversion rate between 15 and 75% of DCP are 80.69 and 74.05 kJ/mol, and that of BPO are 119.96 and 112.93 kJ/mol, respectively. According to the isothermal tests, the thermal decomposition of DCP behaviors is an n-th order reaction while BPO conforms to the laws of autocatalytic reaction.     

流变-突变论在预防硫化矿自燃中的应用研究

利用安全流变-突变理论系统,分析了硫化矿石氧化自热到自燃整个过程的特征规律,确定了硫化矿堆自燃流变-突变的各个阶段,并提出了其流变-突变模型。根据模型提出了预防硫化矿堆自燃的安全管理及安全技术措施,例如:加强安全教育,完善规章制度等,建立完善的硫化矿石自燃火灾事故的应急预案机制等完善安全管理;合理设计通风系统,进行采场温度实时监测,喷洒阻化剂来抑制矿石的自热等主要安全技术措施。控制硫化矿堆自燃的关键在于将其控制在安全流变阶段,加强安全管理和采用安全技术,防止突变的发生,这对于硫化矿山的安全生产具有重大的指导意义。     

基于RS-云模型的硫化矿石自燃倾向性综合评价

为实现硫化矿石自燃倾向性的综合评价,应用云理论,选取矿样的氧化质量增加率、自热点和自燃点等定量化指标构建了评价指标体系,运用粗糙集法（Rough Set, RS）计算各评价指标权重,依据分级标准对云模型进行标准化,进而建立硫化矿石自燃倾向性分级的RS-标准云模型。以30组工程实例进行模型检验,并在实际工程中进行应用。结果表明:RS-标准云模型的判别结果与实际结果较吻合,且判别准确率高于贝叶斯(Bayesian, Bayes)方法,表明RS-标准云模型在硫化矿石自燃倾向性综合评价中具有良好的实用性和可靠性,可为矿山的硫化矿石自燃灾害的研究提供一种新思路。     

Risk and mitigation of self-heating and spontaneous combustion in underground coal storage

While the self-heating and spontaneous combustion of coal is a known challenge at coal mines and storage sites, there are known methods for mitigating this challenge for typical open stockpile storage. However, closing the storage will reduce access for corrective action, and it is then important to manage the storage and its transport system with added attention without unduly adding cost or hindering availability. This paper aims to discuss the risk, prevention and extinguishing of fires in closed coal storage facilities, particularly in light of the experience with the Salmisaari underground rock storage facility in Finland. The observed autoignition events have indicated an array of contributing factors, some of which are unique to underground silo storage facilities. On the other hand, many features of the storage facilities can be compared with other extant closed storage systems. The factors affecting fire risk are described and the associated fault and event trees are outlined for autoignition at underground storage. Drawing upon the experiences with past events of self-heating and spontaneous combustion, recommendations are given on cost-effective preventive, corrective and other mitigating action for minimising fire risk and promoting storage availability.     

硫铁化物氧化自燃的动力学分析

为研究含硫油品储油罐中硫铁化物的自燃倾向性,采用STA8000同步热分析仪对10,15,20℃/min等不同升温速率和15,20,25 mL/min等不同空气流量下的硫铁化物进行试验,并通过获得的TG-DSC曲线研究试样的自燃特性;在此基础上,根据Coat模型,利用不同反应机理函数对热重数据进行分析。结果表明:该试验条件下,硫铁化物的氧化进程符合三级反应动力学机制;得出了硫铁化物在不同升温速率和空气流量下的表观活化能;在560～746℃温度区间内,随着升温速率的增加,空气流量的加大,活化能数值明显减小,自燃倾向性增大。研究结果可为预防和控制因硫铁化物自燃引发的火灾、爆炸事故提供理论参考。     

硫化矿石自燃过程吸附氧研究

本文主要对硫化矿石动态物理吸附氧、化学吸附氧及化学氧化反应过程进行了分析。利用程序升温氧化（TPO）实验方法,测试了不同种类的硫化矿石矿样在不同吸附时间、不同环境温度下氧化的总吸氧量,并对硫化矿石自燃过程动态吸附氧与其自燃倾向性之间的关系进行了探讨。实验表明：硫化矿石自燃过程吸附氧是一动态发展过程,随着温度的上升矿样吸附氧的量呈上升趋势,但这种趋势不是完全线性的,即当矿样温度加热到其自热起始温度以上时,加快了矿体的升温,矿样的吸氧量先有一上升的趋势,而后继续降低。     

硫化亚铁引发储油罐火灾危险性的研究

笔者通过模拟储油罐中硫化亚铁的生成方式 ,分析和研究了硫化氢气体与氢氧化铁、三氧化二铁和四氧化三铁反应 ,生成的硫化亚铁的氧化倾向性 ,并采用自然氧化绝热装置 ,测定了硫化亚铁的温度变化曲线。实验研究结果表明 ,不同方式生成的硫化亚铁 ,其氧化性不同 ,自燃性也不同 ,均有较显著差异。硫化亚铁的温度变化曲线表明 ,氧化反应随着时间增加 ,其他应进行得越来越快 ,将会造成热量的聚集 ,使油品温度快速上升 ,导致油品自燃和储罐发生着火爆炸。实验研究证明 ,硫化亚铁氧化反应放出热量是构成油罐着火危险性的最大因素。     

采空区热环境对深部倾斜厚煤层自燃区域影响研究*

为探究热场对深部倾斜采空区煤自燃区域划分的影响,通过对采场空隙结构和耗氧速率进行分析,利用Fluent软件模拟不同通风方式下热环境对采空区流场及自燃带影响。结果表明:受倾角工作面、采空区空隙率及地温梯度综合影响,下行冷风与受采空区浮升力作用的热风在工作面中下部汇合并涌向工作面,使工作面局部温度升高;上行通风方式采空区蓄热范围大于下行风,回风侧温度更高;上行通风自燃带进风侧范围25～40 m,回风侧范围21～52 m;下行通风自燃带进风侧范围15～40 m,回风侧范围15～24 m;结合工作面实测参数,上行风回风侧自燃带范围19～47 m,与实际误差较小。研究结果可为倾角采空区热场条件对自燃带划分影响分析提供参考。     

金属网篮交叉点法预测烟草的临界自燃条件

使用金属网篮模拟了小尺寸的烟草热自燃实验,利用交叉点法测量自热过程烟草内部温度数据并求解反应动力学参数,根据求解所得动力学参数成功预测了大尺寸情况下堆积烟草的热自燃临界条件,得到烟草贮存的临界堆积厚度与临界环境温度之间的函数关系,为烟草的安全存贮提供方法指导。     

煤自燃灾害气体指标的阶段特征试验研究

为分析煤自燃早期气体指标变化特征规律,更好地解决煤矿现场灭火救灾决策问题,通过煤自燃程序升温试验,首先得到煤样气氛中O2,CO,CO2,CH4,C2H4和C2H6气体的体积分数随温度的变化规律。根据煤体温度,将煤自燃前期划分为5个阶段(潜伏、储热、蒸发、活跃和乏氧)。分析3种不同变质程度的煤样的气体指标在各阶段的变化特征。建立煤自燃气体指标与特征温度阶段区间的对应关系。结果表明:在自燃潜伏阶段,煤的变质程度越低,早期越易产生CO,越难产生CH4;在储热阶段,煤的变质程度越低,早期越易且越快产生C2H6;在蒸发阶段,煤内外在水分脱附,低变质煤的C2H4也随之产生;在活跃阶段,各种气体体积分数均有剧烈增高的趋势,较高变质煤的C2H4也随之产生;在乏氧阶段,O2体积分数低于15%,与O2体积分数相关指标(CO/ΔO2,CO/CO2等)趋势有所改变。