周佩玲[1]2016年在《采空区遗煤氧化升温时空演化机制研究》文中指出采空区遗煤自燃是煤矿灾害的主要来源之一,严重威胁着煤矿的安全生产。本文基于煤氧化学动力学机理及多孔介质渗流理论,对采空区在动态推进过程中遗煤氧化升温的时空演化规律进行研究,为实际生产及煤矿自燃靶向性防治提供依据。本文在移动双坐标系的基础上,建立了采空区氧化升温时空演化动态模型,主要包括基于煤氧化学动力学原理的煤氧反应动力学模型和多场耦合模型、非均质孔隙率时空演化模型。通过Fluent开源接口UDF将模型编入Fluent中对已有控制方程进行补充和修正,对阳泉煤业孙家沟矿13304工作面采空区升温规律进行了四维动态模拟研究。通过相似准则的推导,搭建了动态采空区实验台,对模型做进一步的研究和验证,采用分体式开采系统实现工作面的动态推进，研制了一种自发热材料,与煤混合后做为相似材料以非均质的方式填充在采空区内,采用48路温度巡检仪进行密集采集数据,对动态采空区升温过程进行了实验研究。研究表明：通过四维动态模拟研究,得到了采空区温度场在工作面推进过程中的变化规律,主要包括温度场的分布规律、升温规律、高温点的迁移规律、升温—耗氧之间的耦合关系等。高温区域主要在进风侧,随着工作面的推进,高温区域不断向前迁移,迁移速度主要受到孔隙率、工作面推进速度及开采时间的影响；对采空区氧化升温之间的耦合关系进行研究,揭示了采空区内高温区与高氧区之间的动态变化规律，高温区始终位于高氧区之后,二者的背离程度越大,进入降温区时剩余氧量越多,对自燃的削弱程度越大；从多场耦合的角度,对比分析了U型通风与U+L型通风采空区遗煤的氧化过程，表明尾巷的存在使得氧化升温带宽度增加且向回风侧偏移,回风侧在联络巷口温度高出周围约3.3℃,联络巷口具有很好的升温潜质,确定了尾巷对采空区自燃的危害性。通过在实验室搭建动态采空区氧化升温实验,对采空区时空演化动态模型进行验证。研制出了一种能在室温下形成明显温度场的自发热材料,通过试管实验及传热相似性实验,得到了相似材料的最佳配比；相似材料与原煤的放热量相似比qr=4.5,耗氧速率相似比V(T)r=120,实验中时间相似比为tr=1/100。对工作面推进过程中的温度场进行研究,表明无论是温度场的分布、升温速率都与数值模拟结果基本吻合。通过束管监测的方式在采空区进风侧和回风侧预埋测点，进行了现场测温试验。根据特征点升温规律的实测值和模拟值对比分析结果,表明模拟结果与实测结果具有一致性。从而为确定采空区高温区域的参数及采空区遗煤自燃的预测提供依据。
孙宗贤[2]2010年在《煤自然过程与临界着火条件的模拟研究》文中研究指明煤炭自燃是引起矿井火灾和煤在储运过程中起火的主要因素之一,往往会造成人员伤亡及国家财产损失。煤炭自然火灾事故对煤矿安全的危害不亚于瓦斯、煤尘爆炸等事故,已经成为制约煤矿安全生产的主要因素之一。煤炭自燃只有在一定的通风、供氧、及蓄热等形成临界条件下才会发生,因而研究煤的自然着火过程以及煤着火的临界条件具有很大的学术与实用价值。本文旨在利用实验测试与数值模拟相结合的方法来研究煤自燃发生、发展过程,进而预测出一定条件下的煤自然发火时间,并模拟分析煤自燃过程的临界着火条件。由实验研究着手,搭建辅助热源加热工况下的煤自然发火实验装置,模拟煤在破碎有氧条件下的低温氧化升温过程。基于实验测试结果,将煤自燃过程分为煤氧化学吸附过程和化学反应过程两个不同的阶段,分别拟合得到煤氧化学吸附和化学反应阶段的耗氧速率分段数学表达式。然后以数值模拟为手段,利用从实验中拟合的不同氧化阶段的耗氧速率,根据多孔介质传热传质理论建立描述煤自然发火过程的非稳态预测模型。模型中考虑了松散煤体内渗流速度场分布、煤与氧相互作用温度及氧浓度的分布规律,忽略水分等因素对煤自燃过程的影响。最后,利用所建立的数学模型模拟计算实验煤样在多种工况下的自然发火过程,比较分析不同煤体孔隙率和供风风速等因素对煤自燃过程的影响,确定出适用于本实验装置的煤着火临界条件。从数值模拟与实验测试结果对比分析来看,二者表现出较好的一致性。数值预测出实验煤样38天的自然发火时间与矿井现场提供的45天的实际着火时间吻合较好。这说明将煤低温氧化过程分为煤氧化学吸附过程和化学反应过程两个不同阶段具有一定的合理性。模拟计算确定出适用于本实验装置的临界着火条件：煤体孔隙率为0.3～0.4,供风风速为0.0001～0.0003m/s。
张红芬[3]2016年在《煤自燃特性与巷道松散煤体自燃叁维多场耦合研究》文中进行了进一步梳理在综采放顶煤工艺的实施中,巷道沿煤层底部开拓,顶部留有数米厚的煤层。顶煤抗剪性差,在巷道掘进过程中容易产生变形、碎裂,形成松散煤体。巷道风流中的氧气很容易渗流进入松散煤体,二者发生反应并放出热量。当蓄热条件良好时,热量不断积聚发生自燃。巷道顶部松散煤体自然发火位置隐蔽,起火点常常仅有几平方米,给防火工作带来极大困难。研究巷道顶部松散煤体自然发火叁维动态过程意义重大。本文以枣泉矿为研究背景,采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法对巷道顶部松散煤体的自然发火问题进行了研究。通过对煤样进行热重-差热-傅里叶变换红外光谱(TGA-DTA-FTIR)实验、升温氧化实验、压汞实验、氮吸附实验,得到了煤自燃过程的质量变化、热量变化、气体排放、孔隙结构变化规律,获得了耗氧速率、放热强度、比热、孔隙率、渗透率、渗透系数等随温度的变化规律。构建了包括巷道顶部松散煤体和巷道在内的煤自然发火叁维数学物理模型,利用实验所得动态物性参数,进行了流场、温度场、传质场叁个物理场的耦合计算,获得了巷道顶部松散煤体自然发火多物理场瞬变过程,并对煤自燃过程中的位移和应力分布进行了求解。实验工作在为数值模拟提供参数的同时获得了关于煤自燃的影响因素、煤孔隙结构特征等有意义的结论,丰富了对煤自燃特性的认识。主要研究内容列举如下:(1)煤自燃的发生和发展包含化学动力学过程、热量传递、质量变化及多种有害气体的排放,是一个极其复杂的物理化学过程。通过对包括枣泉矿煤样在内的几种煤进行TGA-DTA-FTIR试验,得到了煤的质量、热量、气体排放在煤自燃过程中的变化规律,通过分析得到了煤表面活性结构在煤自燃过程中所经历的变化,并为煤自燃数值计算提供了关键参数:活化能与指前因子。研究发现煤在氧化过程各阶段的质量变化与热量变化是相互对应的,生成气体的变化在后期滞后于前两者的变化。各种气体的释放依赖于相关活性结构的反应特性。活性结构的总量是煤氧化放热的决定性因素,而挥发分恰恰反映了活性结构数量的多少,表征了煤氧化放热的难易程度及反应速度。实验数据表明煤的挥发分对氧化过程各阶段的特征温度、生成气体的浓度、吸氧增重阶段的放热量与放热速率、活化能等诸多方面影响显着:挥发分数值越大,各阶段特征温度值越低,生成气体的浓度越高,放热速率越高,低温阶段活化能越低。(2)对枣泉矿2号煤层煤样进行了升温氧化实验,得到了煤自燃特性参数耗氧速率、放热强度,并利用DSC实验测定了不同温度煤的比热数值。耗氧速率、放热强度、比热等均为煤自然发火数值模拟所需关键参数。(3)采用sem能谱分析、压汞实验、氮气吸附实验和分形理论对自燃过程中煤的孔隙结构进行了由浅入深的研究,获得了煤样孔隙周围元素、最可几孔径、孔隙率、比表面积、渗透率、渗透系数、孔隙分形维数等在煤自燃过程中的变化规律。sem能谱分析研究发现,随着分析点离孔隙的距离不断增大,煤中碳元素含量逐渐增加,由此判断煤自燃是从煤中孔隙开始的。通过比较相同温度不同大小孔隙周围碳元素含量数值,发现较小的孔隙边缘氧化反应进行的较快。为了提高孔隙结构数据的精度,将氮气吸附实验和压汞实验测得的孔径分布数据在100nm孔径处进行连接,通过联孔孔径分布图对孔隙结构进行研究。研究发现在煤自燃过程中煤的最可几孔径越来越大、孔隙率逐渐升高、比表面积先升高后降低、密度逐渐降低、渗透率和渗透系数先降低然后急剧升高,最后又降低。进行了煤自燃过程中孔隙分形特征变化研究,发现煤的孔隙结构在一定孔径范围内具有自相似性,随着温度的升高,煤具有分形特征的孔隙半径范围越来越大,分形维数越来越大。即随着温度的升高,煤的孔隙结构渐趋均匀,由此可知煤中小孔隙的扩张速度比大孔隙快。这一结论和通过sem能谱研究所得的结论一致。证明了分形理论所做分析的正确性。(4)构建了包括巷道顶部松散煤体和巷道在内的煤自然发火叁维数学物理模型。采用k-?湍流模型模拟巷道流场,将湍流场的计算结果作为松散煤体中渗流的边界条件。实现了巷道通风与松散煤体自燃的直接关联。利用实验所得动态物性参数,实现了流场、温度场、传质场叁个物理场的耦合计算,获得了巷道顶部松散煤体自然发火的瞬变过程。数值模拟结果与现场实际情况基本符合,证明所采用的方法切实可行。在巷道顶部松散煤体的自热升温过程中,高温区域不断沿着巷道长度方向由进风口向里延伸,最高温度点不断向进风口移动。在巷道的横截面上,松散煤体中靠近巷道部分温度最低,其次是顶部区域,最高温度出现在中下部位置,而且高温区域不断向进风侧移动。讨论了通风量及孔隙结构参数取值对升温速率和发火期的影响。巷道顶部松散煤体自然发火的过程规律能够为现场的防灭火工作提供依据。首次对煤自燃过程中的位移和应力分布进行了求解。在煤自燃过程中,巷道顶部松散煤体不断向巷道内移动。随着升温速率变大,位移增大越来越快。松散煤体内的主应力以压应力为主,仅在松散煤体最下部很小范围内存在拉应力。主应力的数值随着温度的升高不断变大,第叁主应力随着温度的升高增大速度远低于第一主应力。松散煤体最下部为最危险区域,首先发生破坏。在完成上述研究的过程中,本文存在以下几个创新点:(1)通过TGA-DTA-FTIR联用技术研究了煤从自热升温直至燃尽全过程的重量、热量、气体排放规律,得到了自燃过程中煤表面活性结构的反应过程。取得了煤自燃机理研究的新进展。(2)针对目前煤自燃数值模拟中许多孔隙结构参数设为定值或采用经验公式的问题,对煤自燃过程中的孔隙结构变化进行了研究,获得了孔隙结构参数孔隙率、比表面积、渗透率、渗透系数、分形维数等随温度的变化规律。煤自燃过程孔隙分形特征研究表明小孔隙的扩张速度比大孔隙快。这一结论与SEM能谱分析所得到的结论完全相同。证明了对煤中孔隙所做的分形研究的正确性。(3)构建了包括巷道顶部松散煤体和巷道在内的叁维模型进行巷道顶部松散煤体自然发火数值模拟研究。巷道向松散煤体的漏风强度由巷道内部流场计算确定,避免了通常人为设定边界漏风风速或风压造成的误差,实现了巷道通风与巷道顶部松散煤体自然发火的直接关联。利用COMSOL软件实现了流场、温度场、传质场的叁维耦合计算,获得了巷道顶部松散煤体自然发火多物理场瞬变过程,并首次进行了煤自燃过程中位移和应力分布的求解。(4)煤中孔隙大小不均匀,小到不足几nm,大到100000nm的孔隙皆有分布,目前还没有设备能够对如此大的孔径范围内的孔都进行准确量测。考虑到氮气吸附和压汞法各自的最佳测量范围及实验数据特点,对两个实验所得孔径分布数据在100nm处进行连接,通过联孔孔径分布图对孔隙结构进行研究,提高了数据的准确性。本文的研究工作取得了一些进展和成果,但还是存在许多不足之处,日后需要进行深入研究的工作还有很多:(1)煤的自燃特性参数放热强度是利用耗氧速率,CO和CO2的生成速率通过键能平衡法估算而来,今后应研究如何实现放热强度的直接测定,提高数据可靠性。(2)松散煤体自然发火数学模型中包含很多煤的物性参数,这些物性参数在煤自燃的过程中是不断变化的,但目前的数值模拟中还是有些参数设定为了常数或者采用了经验结论,进一步研究煤的物性参数在自燃过程中的变化规律有助于提高数值模拟的质量。(3)由于煤自燃多物理场耦合非常困难,在进行位移和应力场的求解过程中将煤体视为线弹性材料,今后应修正这一做法,最大程度减少模拟误差。
文虎[4]2003年在《煤自燃过程的实验及数值模拟研究》文中提出煤层自燃严重影响着煤炭工业发展，给矿井生产带来极大安全隐患。由于实际条件下的煤自燃过程很难描述清楚，使得煤层自然发火预测预报技术的发展受到严重制约。 本文根据现场实际条件，抓住煤体氧化放热和环境散热这对主要矛盾，根据多孔介质渗流力学和传热传质学理论，建立了煤自燃过程数学模型。依据模型确定出煤自燃过程数值模拟所需的关键参数为煤的耗氧速度和放热强度及松散煤体内的氧气扩散系数和渗透系数，通过实验对其进行了研究和测试。提出了实际条件下煤体放热强度和耗氧速度的计算方法，并通过实验得出了煤体粒度影响函数。 设计建造了国内最大的(装煤量15t)煤自然发火实验台，首次实现了煤自然发火全过程的实验模拟，掌握了煤自燃高温点的发生、发展、变化过程及停止供氧后高温点的降温规律。根据实验台条件，建立了数学模型，通过数值模拟，解决了煤自然发火实验模拟条件单一的问题。 针对现场应用，提出了实际条件下漏风强度的测算方法及煤自燃危险区域的判定准则，通过煤自燃过程的数值模拟研究，发展了综放面采空区及巷道自然发火预测理论。采用实验测定的关键参数，结合现场可测参数，并考虑这些参数的实际变化情况，运用理论与实践相结合的方法，通过数值模拟再现了综放面采空区和巷道松散煤体自燃的发生及发展过程，首次解决了实际条件下煤自然发火条件、地点和时间的判定及预测问题。该理论成果经受了现场多次煤层自燃火灾预测预报和防灭火工作的检验，在该成果的指导下，成功地预防和扑灭了几十次矿井煤层火灾。
周春山[5]2007年在《煤自然实验过程中温度场的数值模拟研究》文中研究说明煤自燃是影响煤矿安全生产的主要灾害之一，给矿井生产带来极大的安全隐患。煤自燃的发生和发展是一个极其复杂的、动态变化的、自动加速的物理化学过程，宏观上就表现为温度的逐渐升高。因此，研究煤自燃过程中温度场的变化情况有助于搞清煤自燃的发生和发展过程。为此，本论文对该问题进行了一定的探索和尝试，在广泛查阅中外文献和系统总结前人研究成果基础上，采用理论分析、实验模拟和计算机模拟相结合的方法，从煤自燃升温的必要条件入手，分析了煤自燃过程中温度场的形成及其影响因素；由于实际条件下煤自燃过程温度场影响因素众多、难以跟踪测定，设计、建造了大型煤自然发火实验台，来模拟现场蓄热情况、漏风状况、浮煤粒度和厚度，依靠煤体自身氧化放热升温，并跟踪测定整个过程中温度和气体的变化情况；利用该实验台对康家滩矿煤样自燃过程的温度场进行了实验研究和分析，发现在实验过程中，炉内煤温最高点一直出现在中心轴处，且随着自燃的发展，高温点向进风测移动，通过减少风量可抑制煤的自燃；并根据传热学的基本理论，建立了煤自燃实验台温度场数学模型，可采用数值计算的方法对其求解，从而减少实验量、节约成本；最后借助于有限元分析软件MSC.NASTRAN对煤自然发火实验台温度场进行了叁维实时动态模拟研究，可得到煤自燃过程中炉内任意点煤体温度随时间变化情况以及某一时刻煤体温度场分布，并对比了模拟温度值与实验温度值，发现模拟结果与实验结果基本吻合，充分说明了有限元模型的可靠性。由于煤的热特性研究属于边缘科学，加上煤自燃本身的复杂性，因此，目前对于煤自燃过程温度场研究很少。本文通过实验和数值模拟方法对煤自然发火实验台温度场进行了初步探讨，以期对研究实际煤自燃的发生和发展提供有益的参考。
周季夫[6]2013年在《基于快速氧化实验的巷道周边煤体自燃数值模拟研究》文中研究指明煤矿内的巷道作为采矿作业中提升、运输、通风、排水与动力供应等需要而掘进的通道,是矿井下易发生自燃的地点之一,预防与监测巷道起火点的位置与发展情况是矿井安全生产的一项主要内容。随着煤炭工业的发展,巷道周边煤体自燃问题愈发凸显,巷道周边煤体自燃起火点具有较高的隐蔽性,在面对巷道周边煤体自燃灾害时,快速地确定火源位置将大大提高救灾的效率。但由于外源因素的复杂性,相关机理仍有待深入研究。由于巷道周边煤体自燃问题的隐蔽性,特别在冒落区这类视线与人员都难以到达的地方,常规探测手段在预测巷道周边煤体自燃过程时难以奏效。采用数值模拟技术预测巷道周边煤体自燃过程可行之有效的解决上述问题。本文对宁煤集团枣泉煤矿某综放面一段巷道进行研究,采用煤氧复合理论、实验测试和计算机模拟相结合的研究方法,对巷道周边煤体自然发火过程进行分析研究。本文从实验台炉体结构和煤快速氧化实验的结果分析入手,以计算流体力学为辅助手段,对巷道周边松散煤体自然发火过程进行模拟。首先,通过搭建辅助热源加热条件下的煤自然发火实验台,对枣泉矿煤样进行程序升温实验,测得煤样的耗氧速率与氧化放热强度等氧化动力学参数,并推导煤层的自燃极限参数；其次,根据工作面实际情况,建立巷道周边松散煤体自燃过程的叁维物理模型并划分网格,根据快速氧化实验得到的自燃极限参数对巷道周边煤层自燃危险区域进行划分,确定巷道冒落区为本文重点研究对象；最后,建立巷道周边煤体自燃过程的数学模型,并确定叁维模型的定解条件,使用FLUENT软件对巷道内煤层的自燃过程进行模拟。通过对比数值模拟结果与文献[44]数据可知：数值模拟与现场实际情况基本吻合,验证了用于描述巷道周边煤体自燃过程叁维数学模型的适用性。并根据自燃倾向性对巷道冒落区进行叁区划分,模拟结果对于准确监测巷道冒落区煤层内高温点的分布与发展情况具有指导意义。
叶振兴[7]2005年在《煤的低温氧化实验及对模拟试验数值模拟研究》文中研究指明论文通过煤的低温氧化和自燃过程,实验研究了煤的低温氧化气体产物特征和变化规律,研究得出了煤的低温氧化过程中气体生成量与氧气消耗量与煤温之间的指数关系式;在煤的低温自热氧化过程中,对煤的官能团等化学结构的变化研究,揭示了煤炭低温自热氧化化学基团变化规律;采用非等温TG和DSC法研究了烟煤低温氧化动力学,得出了煤低温氧化分布活化能及煤低温氧化机理函数的变化规律;建立了煤低温氧化自热数学模型,并对该模型进行数值解算,可得煤样的温度场与速度场随入口风量变化情况。
朱毅[8]2006年在《综放采空区抽放条件下漏风流场数值模拟研究》文中研究表明淮南潘一矿煤层属高瓦斯易自燃煤层，煤层实际最短自然发火期为15天。近年来，综采放顶煤技术在该矿的推广应用，对实现高产高效起到重要作用。综放面日产煤上万吨，效益非常可观。但是，由于综放面开采煤层厚度大，尤其是采空区“两道”、“两线”顶煤放出率低，因而容易造成“两道”、“两线”处遗煤厚度很大，自燃危险性增强。准确确定综放采空区抽放条件下自燃危险区域的位置是预防和扑灭采空区自然发火的关键，特别是回风巷瓦斯抽放管道的移动对高温区域的动态影响，但至今这个技术在国内外都没有得到很好的解决，相关的研究也不够深入。 本文从抽放条件下综放采空区的特点出发，对综放采空区抽放条件下漏风流场进行数值模拟。首先，利用大型煤自然发火实验台，对潘一矿煤样自燃特性叁个关键参数耗氧速度、放热强度和煤层最短自然发火期进行了实验测定，为抽放条件下综放采空区自然发火预测数学模型的建立，以及为对综放采空区抽放条件下漏风状况进行数值模拟提供基础数据；其次，根据数值传热学、流体力学和热力学等学科相关知识，建立了综放采空区漏风松散煤体空隙分布方程、采空区不同深度的渗透系数方程和采空区深度对耗氧速度的影响函数方程，并结合采空区渗流及扩散数学模型，建立了综放采空区抽放条件下自然发火预测数学模型；再次，利用流体计算软件FLUENT对潘一矿2322(3)综放采空区漏风流场进行叁维建模和网格划分，数值模拟当瓦斯抽放管道进入采空区10m、20m、30m、40m时，2322(3)综放采空区漏风流态分布，利用数值模拟漏风分布结果对该综放采空区自燃危险区域进行划分；最后，利用现场观测氧浓度和漏风强度数据，对潘一矿2322(3)综放采空区自燃危险区域进行划分，划分结果与基于数值模拟漏风划分结果基本吻合，从而验证了所建立的数学模型的可靠性。
张春[9]2013年在《综放采场煤炭自燃叁维数值模型构建及应用研究》文中研究指明随着综放开采方法的广泛应用,综放采场煤炭自燃已经成为矿井的主要灾害之一,严重影响安全高效矿井的建设。数值模拟分析是对其进行研究的主要方法之一因此,本文在对综放采场煤炭自燃特性分析的基础上,开展综放采场煤炭自燃叁维数值模型构建的研究,并利用模型对综放采场煤炭自燃规律及防治措施进行研究。基于遗煤厚度与冒落煤岩空隙率对综放采空区煤炭自燃影响的重要性,采用理论分析方法对遗煤厚度、冒落煤岩空隙率进行了研究,得到了依据顶板压力与碎胀系数确定遗煤厚度及冒落煤岩空隙率的方法；并对受压遗煤进行了实验研究,得到了遗煤厚度对煤炭自燃的影响规律。由于综放采场极限平衡区顶煤也易发生自燃,应用回归分析方法、损伤力学理论及实验方法,对综放采场极限平衡区宽度及顶煤渗透率进行了研究,得到了极限平衡区宽度的确定方法及计算顶煤渗透率的经验公式。通过对综放采场煤炭自燃的渗流场、浓度场、温度场的特点分析,构建了综放采场煤炭自燃叁维数值模型,并对具体条件下极限平衡区及采空区的煤炭自燃进行了模拟,通过对现场观测数据与数值模拟结果的对比分析,证明了所构建综放采场煤炭自燃叁维模型的正确性及模拟结果的可靠性。利用所建数值模型对综放极限平衡区及采空区煤炭自燃规律进行了分析,得到了工作面供风量与顶煤升温时间及高温点位置、与采空区氧化带高度及宽度、与采空区高温点位置及遗煤升温时间的关系；耗氧速度与自然发火期的关系；综放采空区“叁带”划分及温度场分布的特点。依据构建数值模型对九道岭矿E1S6综放面采空区煤炭自燃特点进行了分析,提出了具有针对性的注氮防治措施,并对其有效性进行了数值模拟分析。分析结果表明,该措施能够发挥采场煤炭自燃控制作用。最后,将防治措施在九道岭矿进行了实际应用,并取得了较好的防治效果,证明了所构建综放采场煤炭自燃数值模型的实用性。
张河猛[10]2015年在《褐煤自然发火特性实验及数值模拟研究》文中提出煤的自然发火事故严重威胁着煤炭生产、运输、储存安全,给安全和财产带来极大的隐患,尤其是褐煤,由于较高的自热倾向性,自燃问题更加突出。所以研究煤的自然特性和煤自燃过程的规律十分必要。本论文针对褐煤自燃的物理特性进行了实验和数值模拟研究,实验方法为静态恒温法,测得叁种不同立方体煤样(5cm、10cm、15cm)在恒温状态下的升温曲线,得到不同体积煤样的临界自燃温度,通过弗兰克-卡门涅茨基模型求得煤样的活化能。实验结果表明,煤样体积越大,临界自燃温度越低;当外界温度高于临界自燃温度,煤样能够自燃,反之煤样不能自燃。基于等效氧化暴露时间理论,建立热产生率与暴露时间、温度等因素的关系经验公式。基于多孔介质渗流理论建立煤体内气体自然对流数学模型,应用FLUENT软件对不同实验条件的煤样升温过程进行模拟,得到随时间变化的温度场、漏风流场、氧气浓度场、水蒸气浓度场。模拟结果表明:数值模拟方法能够反映煤样内复杂的多场耦合过程。煤样升温过程中的温度场、漏风流场和氧气及水分浓度场,是不断变化和相互作用的。对比干燥褐煤与未干燥褐煤的模拟升温情况,分析了水分在煤自然发火中的作用。通过实验和数值模拟对煤自燃过程的特性进行研究,能够揭示其内在规律,搞清煤自燃的发生、发展过程及各种因素对温度场的影响,从而为实际条件下预测和控制煤自燃提供理论依据。
参考文献：
[1]. 采空区遗煤氧化升温时空演化机制研究[D]. 周佩玲. 北京科技大学. 2016
[2]. 煤自然过程与临界着火条件的模拟研究[D]. 孙宗贤. 大连理工大学. 2010
[3]. 煤自燃特性与巷道松散煤体自燃叁维多场耦合研究[D]. 张红芬. 中国矿业大学(北京). 2016
[4]. 煤自燃过程的实验及数值模拟研究[D]. 文虎. 西安科技大学. 2003
[5]. 煤自然实验过程中温度场的数值模拟研究[D]. 周春山. 太原理工大学. 2007
[6]. 基于快速氧化实验的巷道周边煤体自燃数值模拟研究[D]. 周季夫. 大连理工大学. 2013
[7]. 煤的低温氧化实验及对模拟试验数值模拟研究[D]. 叶振兴. 安徽理工大学. 2005
[8]. 综放采空区抽放条件下漏风流场数值模拟研究[D]. 朱毅. 西安科技大学. 2006
[9]. 综放采场煤炭自燃叁维数值模型构建及应用研究[D]. 张春. 辽宁工程技术大学. 2013
[10]. 褐煤自然发火特性实验及数值模拟研究[D]. 张河猛. 辽宁工程技术大学. 2015
标签：矿业工程论文; 安全科学与灾害防治论文; 煤自燃论文; 实验模拟论文; 数值模拟论文; 放热强度论文; 耗氧速度论文; 氧气扩散系数论文; 漏风强度论文; 自然发火期论文; 热力风压论文; 综放面论文;