采空区隐蔽火源探测及声学法煤温感知新技术探讨*

为精准判定采空区等地下隐蔽火区高温点的位置和范围,综述现有采空区煤自燃温度探测技术,重点总结和分析红外探测法、分布式光纤测温法、指标气体探测法、热电偶测温技术以及同位素测氡法等煤层测温手段的研究进展与技术瓶颈,着重研究声学法测温的技术原理及实现方式;结合分层建模和插值建模的优点,探讨声学测温技术在采空区松散煤体煤温反演探测应用中的可行性。结果表明:受限于煤层赋存及开采方式等煤矿现场的实际情况,准确反演和精确定位采空区等隐蔽火源高温点和位置的探测方法和装备技术有待进一步发展;声学法探测松散煤体自燃温度的基本原理、传播衰减规律、温度场重构模型及其关键特征参量需进一步准确获取;综合考量声学测温技术原理和实现过程,该技术适用于采空区松散煤体自燃火区的环境特征,有望成为采空区隐蔽火源位置精准探测发展前景良好的探测方法。     

高温松散煤体自吸氧试验装置研制及应用

为研究松散煤体内高温区域自吸氧过程的温度分布规律,分析氧气输运类型及影响因素,在此基础上研制高温松散煤体自吸氧试验装置,并利用该装置测试不同温度热源作用下的不同粒径松散煤体温度。发现松散煤体高温区自吸氧过程中氧气运输有宏观气流携带效应及氧组分浓度差引起的分子扩散效应2种类型;热源温度及孔隙率是影响松散煤体高温区自吸氧的主要因素。研究结果表明,该装置能用于研究不同温度热源作用下不同粒径松散煤体内温度分布;热源温度一定时,松散煤体内同一测点的温度值随煤体粒径的增大而升高;热源对其上方松散煤体内温度的影响明显大于对下方的煤体,热对流效应对松散煤体内热量传递过程有很大影响。     

煤层自燃火区温度检测技术的研究与应用

在煤矿自燃火区的治理过程中 ,同位素测氡法探测煤层自燃火源精确位置是火区治理的关键技术 ,而火区温度信息的采集为灭火方案及灭火参数提供可靠依据。笔者介绍了综合利用火源位置精确探测技术与火区温度探测技术的方法 ,为煤矿火区的预测预报提供了可靠的手段 ,节省大量的防灭火资金 ,提高防灭火工作效率。     

松散煤体温度场试验研究

为了掌握存在高温热源时的松散煤体温度场分布规律,针对难以直接在井下采空区进行试验研究的情况,在地面建立试验煤堆进行松散煤体温度场试验.根据试验数据分析了存在高温热源时的松散煤体温度场分布和变化情况.结果表明:松散煤体温度场分布与热源强度、时间、距离、水分与漏风等多种因素相关,其中受热源强度的影响较为明显;松散煤体中随距热源的距离增大温度呈负指数曲线分布,且衰减较快;松散煤体中距煤壁表面较近的位置受外界环境的影响,温度波动较大,内部达到一定深度(>0.3 m)的测点即可消除由此带来的影响;位于热源上方的测点较在热源同一水平面上的测点温升更快;煤体中含有水分时,水分热湿迁移过程的存在会对松散煤体中部分位置的温升过程造成一定的影响.     

松散煤岩中放射性氡多角度扩散试验装置研制及应用

为了进一步研究放射性氡在松散煤岩介质中的运移规律,为氡法探测矿井煤自燃隐蔽火源位置提供一定的理论依据,自主研制了松散煤岩介质中放射性氡多角度扩散试验装置。该试验装置可以进行放射性氡在不同温度、粒度和空隙度的松散煤岩介质中不同方向上的扩散试验。利用该装置成功进行了一次放射性氡在45°倾斜方向上、不同温度煤体中的扩散试验。试验结果表明:在扩散方向上氡浓度呈非线性减小趋势,氡浓度衰减率及衰减量逐渐降低;随温度升高,氡浓度呈线性上升趋势,且扩散方向上氡浓度衰减量增大,衰减率减小;在扩散方向上,氡浓度受温度变化影响逐渐减弱。     

煤巷高冒区高温区域判定及其防治技术研究

在分析高冒区松散煤体赋存状态基础上,以平煤十三矿11111巷道高冒区为例,应用FLUENT软件模拟高冒区温度场,根据模拟结果,确定高冒区高温区域,并结合传热、传质理论分析了高冒区松散煤体自燃过程.最后根据判定的高冒区高温区域,提出了利用复合发泡充填材料防治高冒区高温区域的方法.研究表明:高冒区内,高温点出现在高冒区中部;复合发泡充填材料在防治高冒区松散煤体自燃方面是有效的.     

热源及空隙率对上部松散煤体影响的试验研究

为研究热源及空隙率在松散煤体内自卷吸供氧过程中对上部松散煤体的影响,利用自制的高温松散煤体自吸氧试验装置,测试了热源温度分别为30℃、60℃、90℃、120℃、150℃、200℃时,粒径分别为1~3 mm、3~5 mm、5~7 mm、7~10 mm、10~15 mm的松散煤体的内部温度,计算了不同热源强度下松散煤体内部的浮升力。结果表明:1)当热源温度及煤体空隙率一定时,各测点温度分布基本呈线性变化规律,但是随着热源温度不断升高,线性变化规律减弱;2)空隙率一定时,随热源温度升高,松散煤体内各测点温度增大,各测点的温度梯度也增大;3)当热源温度值一定时,随煤体空隙率的增大,同一测点的温度值整体增大;4)随热源温度升高,煤体内各相邻测点区间浮升力大致呈指数规律变化;浮升力随热源升高而增大,不同测点区间的浮升力影响因素不同;当热源温度一定时,距离热源区间越远,煤体浮升力越小。     

极限平衡区顶煤自燃三维非均质动态数值模拟

为探究极限平衡区内顶煤自燃规律,利用Fluent软件对顶煤自燃进行数值模拟研究。通过对顶煤移动变形及自燃特点的分析,确定顶煤自燃过程的模拟为三维非均质动态模拟,并建立数学模型,给出相关参数及边界条件的确定方法。以恒大矿某工作面为例,对其顶煤的自燃过程进行数值模拟,并分析工作面风量及煤体耗氧速度与自然发火期之间的关系。结果表明:对计算区域进行模拟所得到的速度场、氧浓度场及温度场与现场观测结果及理论结果比较吻合;工作面风量对煤体自然发火期影响较小,而对高温区域中心点位置影响较大;煤体耗氧速率与自然发火期近似成负指数函数关系。     

煤矿井下隐蔽火源反演研究

煤矿井下由于煤炭自燃引发的火灾是煤矿生产过程中一大突出灾害,一旦发生火灾将严重影响煤矿的正常生产,这不仅威胁着井下人员的生命安全,还会给国家带来巨大的经济损失。由于矿井下隐蔽火源是引发火灾的重大因素之一,所以要更好的解决煤炭自燃而引发火灾的问题,重中之重就是对煤炭自燃隐蔽火源位置的确定。只有准确的确定了火源的位置,才能有的放矢地进行灭火。本文结合煤矿井下煤炭自燃发火的特点,建立数学模型,把煤矿井下隐蔽火源位置确定问题归纳为热传导方程的寻源反问题,利用离散正则化方法求解热传导方程,克服了反演问题的不适定性,并应用matlab进行了反演数值模拟,验证了利用离散正则化反演方法的实用性,为防火、灭火采取措施提供了依据,在理论上也具有一定的研究与应用价值。     

瞬态径向热流法测定松散煤体变导热系数

松散煤体的导热系数是指在单位梯度作用下,松散煤体单位时间内通过单位面积的热量,表征了松散煤体导热性能的强弱,是研究煤自燃的重要参数。目前,使用最广泛的热线法,测试结果易受电阻升温变化影响。针对当前测试方法的不足,本文在二维径向导热模型的基础上,设计了瞬态径向热流法测定松散煤体变导热系数测试装置,并建立了相应的导热系数解算模型。通过测定不同煤样随温度变化的变导热系数。结果表明,随着温度的升高,松散煤体的导热系数不断上升,两者之间基本成线性关系,测试结果符合松散煤体的导热特性。     

矿井下着火点位置数值模拟研究

矿井煤炭自燃是煤矿五大自然灾害之一,而煤炭自燃隐蔽着火点位置的确定是解决煤炭自燃问题的关键。本文结合实际情况将火源位置的确定问题归结为热传导方程的寻源反问题。在理想状态下,把煤矿井下热传导的三维模型简化为二维模型,建立热传导方程及初始条件和边界条件,在matlab中编制了有限差分程序对井下着火点的温度场进行了正反演模拟。数值模拟结果表明:该方法能够较准确地反演出火源的特性,并随着离散化程度的提高,离散解逐渐逼近真实解。通过本文的数值模拟我们得知有限差分法求解热传导寻源反演的方法是解决矿井隐蔽火源发火点位置的有效途径之一,对矿井防、灭火研究具有较高的理论和实际应用价值。     

含内热源松散煤体热湿迁移特性研究

为研究松散煤体内部热湿迁移规律,建立松散煤体多场-相变-扩散耦合数学模型,对热力驱动下的温、湿度场时空演变规律进行仿真研究;通过热湿迁移特性实验平台,对数值模拟结果的有效性与准确性进行验证。研究结果表明：温度相对误差小于5%,含湿量相对误差小于8%;松散煤体温度逐渐升高,温升速率逐渐减小,温度最终趋于稳定值,沿轴线方向温度呈指数性降低;松散煤体湿度场可分为煤体含水率和空气含湿量,在空间上可分为含水率减少区、含水率增大区和含水率不变区,随着计算进行,峰值含水率逐渐增大且向远离热源方向移动;含湿量相较于实验初期均有所增大,沿轴线方向先呈线性降低,后呈指数性降低且线性区域越来越大,指数性区域越来越小。     

电气线路火险隐患与运行设备故障隐患在线热诊断系统

研究根据电气线路和设备表面温度场的变化,通过建立数学模型和数据库,对电气线路和设备的故障隐患者在线诊断。集红外热象测试技术,传热学,电工学和计算机技术为一体,具有非接触,在线诊断,准确给出故障位置等特点,能精确发现温度场异常点,确定隐患等级,推测隐患的发展程度。     

弱粘煤低温氧化活性基团与热效应的研究*

为研究煤氧化过程中活性基团的演变规律及热效应的变化特征,利用原位红外实验装置,实时测量煤升温过程中官能团的动态变化,数据处理得到弱粘煤红外波谱图,利用差减法对特征温度点下的红外光谱图进行处理,得到煤样的差示光谱,计算特征温度点下的红外结构参数;采用差示扫描量热仪,测量煤氧化过程中热流的变化,得到弱粘煤的热流曲线图,并对热流曲线进行阶段划分和氧化动力学计算。结果表明:弱粘煤中芳环数量比较少,环周围侧链较长,内部结构疏松,内部毛细管比较发达,内表面积较大,更容易发生自燃;整个氧化过程中羟基最为活跃,含氧官能团次之,其次是脂肪烃;红外参数计算结果HAL,I2整体呈减小趋势,I1,I3整体呈增大趋势;弱粘煤放热阶段的活化能值为25.12～61.26 kJ/mol,并随着升温速率的增大而减小,与此阶段放热量随升温速率的增大而增大相对应。     

基于不同风速下火旋风的数值计算及特性分析

基于大涡模拟(LES)技术,对不同风速下的火旋风进行数值模拟。运用最小二乘拟合方法研究不同风速下火旋风的中心漂移角速度的变化,其结果表明:随着风速的增加,中心漂移角速度的变化规律遵循某3次方多项式变化趋势,发现存在某一临界风速(3.18m/s)对火旋风中心漂移角速度的变化速率有较大影响。同时,对热量释放率及火焰温度场进行分析,认为随风速的增加,热量释放率逐渐增加且波动逐渐减小,火焰温度场分布梯度逐渐增加,高温区分布呈现连续纺锤面分布形式。     

基于火探管式的锂离子电池灭火技术研究

为研究锂离子电池灭火方案,基于火探管灭火技术同时利用新型清洁灭火剂Novec 1230,组装成火探管灭火系统。在灭火测试平台上以功率为200 W的电热管作为外热源引发单电池或电池模组热失控,通过改变火探管的布置位置,记录相应的灭火行为以及灭火效率,并对实验结果进行了分析。研究结果表明,当火探管灭火系统直接布置在电池正上方时,在起火后的5.6s内控制火情;随着灭火剂用量增加可以显著降低体系温度,防止电池复燃以及连锁热失控现象发生;火探管有效覆盖区域外的失控电池作为热源将继续加热临近电池,引发连锁热失控,造成灭火系统失效;根据电池热失控后的燃烧行为以及传热行为,提出相应的火探管灭火系统复合方案。     

森林地下火探测仪的研制

FHD型森林地下火探测仪为最新研制的一种光机电一体化的便携式探测设备,采用红外探测技术原理,借助红外焦平面成像器件、可见光摄像器件采集目标图像,利用图像处理技术完成对目标视频图像的获取、显示、温度分析处理及存储过程。它集成了红外与可见光两种模式,两种模型的简单切换有利于辨识目标并可对热像的中心区域进行测温显示。该设备操作界面简单快捷,图片存储方便、容量大,可用于户外多热源连续监测作业。     

考虑爆裂影响的钢筋混凝土梁火灾温度场数值分析

为了描述混凝土高温爆裂对构件热传导过程的影响,结合钢筋混凝土梁火灾试验,考虑爆裂时间和区域的不确定性,建立了火灾下钢筋混凝土梁数值分析模型,分析爆裂深度、爆裂面积比、爆裂位置等爆裂参数对梁跨中截面温度场的影响规律。研究结果表明:当钢筋混凝土梁发生受火爆裂,梁截面的温度显著升高,并随爆裂深度的增大而进一步增强;爆裂面积比对截面温度场影响不显著,当爆裂深度、爆裂位置一定,爆裂面积比增加达到13%左右时,截面温度场基本上不再变化;爆裂深度、爆裂面积比一定,梁跨中爆裂对截面温度场影响最大,但是底部纵筋处温度较顶部纵筋处温度升高较快。