煤自然发火过程温度、氧浓度的时空演化规律
【图文】：
很好的实现火区自燃过程的实验模拟;周佩玲［13］重点通过模拟采空区的自燃情况，分析了煤自燃过程中特性参数的变化，但是升温采用的是被动升温方式，没有体现自然升温发火的实验特点。笔者使用自主研发大型煤自燃发火实验平台(装煤量3t)，在漏风恒定的状态下，实验模拟煤低温氧化过程中松散煤体温度及氧浓度时间、空间上的动态演化规律，分析不同区域位置的差异性，为煤自燃多场耦合作用的进一步深入研究提供参考。1实验装置及过程1．1炉体主体结构本次实验采用自主研发的煤自然发火实验台，炉体结构示意如图1所示，装置主要包括炉体、温度控制和监测系统、供风系统等［14－15］。其中，主炉体呈圆柱形，内径120cm，高度200cm，最大装煤量3t;炉盖和底部使用保温材料，上下分别预留10～20cm的自由空间，保证进出气的均匀，顶盖上留有小口径排气口;炉体外壁设有保温层和控制水层，通过控制水层跟踪外壁环境温度的改变，使煤体保持良好的蓄热条件。图1煤自然发火实验炉体结构示意图Fig．1Structureofcoalspontaneouscombustiontestfurnace1．2温度采集和控制炉体内部从炉底进风侧5cm处至上部出气口沿着中心轴布置10层测温探头，每层探头之间间距20cm;每层按照四等分插入K型热电偶，如图1所示，探头有10mm不锈钢保护管;每层有一个探头和取气管在中心;测点的温度通过计算机进行自动控制，，可以实时记录煤体的温度数据并保存。1．3实验条件及过程将煤矿取得新鲜煤样密封运送至实验室，用鄂式碎煤机破碎为标准粒度，并在24h内装入炉637
体内部，粒径分布和实验条件见表1和表2，实验开始前，检查供风、温度控制及监控系统的状况，保证系统性能稳定的情况下，通入适量预热的干空气，空气流量为0．1m3/h，待温度升到25℃开始监测煤体温度的变化规律，直到140℃结束试验。松散煤体整个升温过程中最高温点的升温速率如图2所示，在70℃前，升温速率小于0．1℃/h;而温度70～100℃间，升温速率在0．1～0．2℃/h间波动;超过100℃，升温速率随着温度近似直线增长。图2煤体升温速率与时间的关系Fig．2Relationshipbetweencoalheatingrateandtime表1煤样粒度筛分析结果Tab．1Analysisresultsofcoalparticlesize粒度+10mm－10mm，+7mm－7mm，+5mm－5mm，+3mm－3mm，+0．9mm－0．9mm质量/g22．537．988．3124．1131．115．5频度/%16．247．952．883．2103．911．3注:表中“+”表示未通过该筛，“－”表示通过了该筛。表2煤样实验条件Tab．2Coalsampletestconditions煤样平均粒径d50/mm实验煤高/cm煤重/kg煤样体积/cm3块煤密度/(g·cm－3)容重/(g·cm－3)空隙率供风量/(m3·h－1)起始温度/℃潘集煤矿1426．441851754．1320912401．400．83880．40090．125．22实验结果分析松散煤体在风量恒定的条件下，炉体内部各测点温度及氧浓度主要随着时间和散热条件的变化而变化。2．1松散煤体温度的时空分布规律2．1．1温度与高度的关系图3表示煤自然发火过程中心轴测点的温度随着煤体高度的变化关系，整个煤体升温过程中向着进风侧方向移动，煤温度低于70℃时高温点移动较慢，始终保持在100～140cm位置处，而超过70℃后高温点快速转移至进风侧5～40cm位置。由图3中(a)和(b)可知，松散煤体在低温阶段(＜70℃)，中心轴
【作者单位】： 西安科技大学安全科学与工程学院;陕西省煤火灾害防治重点实验室;
【基金】：陕西省基础研究计划(2016JM5022)
【分类号】：TD752.2
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