地下煤层低温氧化至自燃过程的实验研究和数值模拟

发布时间：2020-07-18 00:25

【摘要】：地下煤火是由于煤的低温氧化特性产生的严重自然灾害。由于人类活动和自然环境等因素,地下煤火问题愈发严重,已经成为一种浪费资源、污染环境并危及人员安全的全球性灾害。对地下煤火在地质系统中的发生和发展进行深入的研究,对煤火的监测、治理具有重要的指导意义。现有研究中缺乏实验室尺度煤体在贫氧条件下的低温氧化过程的研究,本文针对此不足,采用实验和数值模拟的方法,对盖层下煤体低温氧化至自燃过程进行了研究。使用开有线状孔洞的氧化铝泡沫陶瓷作为盖层,模拟地下煤火系统中的上覆岩层和裂隙,在无强制通风条件下,利用电加热板对煤层进行加热,研究了煤体和盖层的温升特性及逸散烟气等特性。应用计算流体力学软件Fluent,分析了煤氧反应动力学参数、热平衡和非热平衡模型对于模型准确性的影响,研究了煤体中水分含量、盖层导热系数和裂隙尺寸对煤低温氧化阶段产生的影响。研究结果表明:煤体升温过程中由于水分的影响,经过初始短暂的升温后,将处于一段较长时间的温度稳定期,然后再进入温度快速上升期,同时,煤体的氧化将造成表层孔隙增大,促进下层煤体的氧化反应;盖层表面温度随时间的变化与煤温随时间的变化规律基本一致,且随煤温的升高先快速上升,达到一定温度后,温升速率降低,温度变化缓慢;煤低温氧化阶段前期,CO浓度、CO/CO_2值都较小,随着煤体温度的增加,煤氧反应加剧,氧气供应不足,CO浓度、CO/CO_2值将增大;在煤低温氧化阶段,随着煤体中含水量的增加,煤体在温升阶段处于温度平稳期的时间也会越长;盖层导热系数减小,煤体在快速氧化阶段温升速率会更大;盖层裂隙的尺寸越小,煤层氧化反应的剧烈程度和反应放热显著区域越小。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD752.2
【图文】：

世界范围内的煤火实测Figure1-1Coalfireexamplesintheworld

图 1-2 中国煤田火灾和煤矿火灾分布图[2]Figure 1-2 Distribution of coalfield fires and coal mine fires in China[2显示[2]，新疆、内蒙古、青海等七个产煤大省（自治区） 个，火灾面积超过 720 km2，其中新疆的煤田火灾面积为

图 1-3 新疆地区煤火分布图 (2009)[15]Figure 1-3 Distribution of coal fires in Xinjiang region (2009)[15]

【参考文献】

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本文编号：2760131