【摘 要】
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煤自燃防治问题的研究,有利于中国西北地区低变质程度煤“绿色”开采利用,实现西北煤炭资源安全高效开采。采空区遗煤自燃集物理化学变化、能量集聚与迁移、流固相互耦合作用造成的,是自加速、火源隐蔽的矿井灾害。煤火防治原理涉及多个学科知识。利用仿真软件对煤自燃过程温度场、气体浓度场模拟可直观了解它们变化规律,为寻找井下遗煤隐蔽火源位置提供依据。以煤自然发火实验为基础,探究松散煤体在低温条件下与氧反应过程中温
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煤自燃防治问题的研究,有利于中国西北地区低变质程度煤“绿色”开采利用,实现西北煤炭资源安全高效开采。采空区遗煤自燃集物理化学变化、能量集聚与迁移、流固相互耦合作用造成的,是自加速、火源隐蔽的矿井灾害。煤火防治原理涉及多个学科知识。利用仿真软件对煤自燃过程温度场、气体浓度场模拟可直观了解它们变化规律,为寻找井下遗煤隐蔽火源位置提供依据。以煤自然发火实验为基础,探究松散煤体在低温条件下与氧反应过程中温度、气体变化,结合热物性实验揭示松散煤体传热、导热特点,利用仿真软件将煤自然发火过程展现,来研究煤自燃温度场、气体场变化规律对不同进气量、厚度、煤质煤样热物性实验结果进行对比,分析松散煤体导热系数比热容值规律。得出同一煤样进风量增大时热扩散系数值减小,比热容会增大,而导热系数呈升高趋势但变化幅度不大。煤样变质程度越高,在加热氧化过程中热扩散系数值下降越快,且变化值越大。并根据煤自然发火实验选择模拟参数的函数方程。松散煤体低温氧化放热,是其升温的热源,也是模拟中的热源。利用煤自然发火实验研究整个升温过程气体分布和温度分布的变化规律。结果表明,煤温超过临界温度后高温点移动性较强,仅用发火期十分之一的时间即可移动原来距进风侧距离的三分之一以上;同时发现温度超过85℃后,距离进风侧65cm处温度下降趋势较明显根据煤自然发火实验装置特点,建立实验炉几何模型并划分网格,确定炉内气体流动为层流。基于煤体实际氧浓度值和温度值对耗氧速率、放热强度等参数进行修正,确立了煤自然发火数学模型,研究表明该耦合方法正确可行。通过Fluent仿真模拟,得到炉内温度场、O2浓度场、CO浓度场、CO2浓度场分布规律以及高温条件下模拟实验结果。研究发现,前期实验炉中CO2与CO分布状态相似,煤温较高时与CO分布有所不同,主要表现在CO2浓度分布不及CO集中;实验后期,实验炉内高温点体积占比小,表明采空区遗煤自燃高温点范围小,高温点隐蔽、易移动是矿井防灭火工作的难点。
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