煤火燃烧中心迁移过程温度传播特性研究

发布时间：2020-10-15 20:35

　　 世界上所有产煤国都存在不同程度的地下煤层燃烧现象,严重威胁当地居民的生活以及煤矿的安全生产,研究煤火燃烧中心迁移过程的温度场分布特性,有助于加深对煤田火区演化机理的理解和研究。本文采用实验测试和数值模拟的方法,通过对煤岩体的物理力学特性研究,运用相似准则,确定适用于煤田火灾动态演化的相似材料及其配比,采用激光导热仪LFA457研究煤岩体的传热特性,随后搭建煤田火灾相似模拟试验台和数值模拟分析其温度场,得到以下结论:制作煤岩相似材料试件和薄片,研究其单轴抗压强度、弹性模量和导热系数的变化规律,发现通过改变砂胶比可以较大范围调节抗压强度和导热系数,通过改变胶结物比例可以小范围调节抗压强度和导热系数,并采用相似准则,确定适用于煤田火灾动态演化相似模拟实验的配比。在30～210℃之间,随着温度的逐渐升高,煤样的热扩散系数逐渐减小,比热容逐渐增大,导热系数逐渐增大,当温度超过210 ℃后,煤样的热扩散系数逐渐增大,比热容的增大趋势逐渐减缓,导热系数快速增大。此外,随着温度的逐渐升高,各岩层的热扩散系数先下降后趋于平稳,比热容整体升高并趋于平稳,导热系数先减小后缓慢增大,在相同温度下,砂质泥岩的热扩散系数最大,粉砂岩的比热容最大,砂质泥岩的导热系数最大。通过监测物理相似模拟模型中各测点的温度,得出了高温火源点移动演化规律。自然发展阶段,煤层1号、2号、3号、4号和5号测点分别在48 h、108 h、168 h、204h和300 h达到的最高温度分别为472.9 ℃、419.6 ℃、386.7 ℃、357.8℃和141.3 ℃,上覆岩层1中33号、34号和35号达到最高温度139.1 ℃、128.5 ℃和125.7℃所需时间分别为84 h、168 h和216 h,上覆岩层2中61号、62号和63号达到最高温度81.6 ℃、71.9 ℃和69.3 ℃所需时间分别为96 h、168 h和216 h,煤火高温点沿着同水平的煤层纵深移动,且煤火高温点温度逐渐降低。上覆岩层与其对应的煤层温度相比,其达到的最高温度较低以及达到最高温度所需时间较长,表现出滞后性。以相似模拟试验台为模型,建立数学模型,数值模拟研究了实验台温度场变化过程,并对各阶段温度场的演化过程进行了分析,结果表明:高温火源点最开始向进风侧移动,当进风侧煤燃尽后逐渐向煤层深部移动,随着时间的推移最终进入降温熄灭阶段。煤层的高温区温度场呈椭圆形形状,煤燃烧消耗大量氧气导致煤层整体氧气浓度降低,随着高温火源点向煤层深部移动,烧空区氧气浓度升高,而燃烧区右侧的氧气浓度进一步降低。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD752.2
【部分图文】：

放大量有毒有害气体，包括：CO 4.9012×105t 等[10]，如图 1.2 所示。在世界，澳大利亚汉捷维利山的煤田火灾已经700 万吨煤炭资源浪费[11]。因此，煤田，并且其治理已经成为亟待解决的重大

图 2.1 双开磨具图 图 2.2 相似材料试件2 单轴压缩试验取出养护好的相似材料试件，利用 DYD-100 电子万能试验机以位移控制的方试件进行单轴压缩实验，如图 2.3 所示。图 2.3 DYD-100 电子万能试验机实验后整理所得的实验数据，取其中部分数据进行分析，得到了不同胶砂比、

图 2.1 双开磨具图 图 2.2 相似材料试件2 单轴压缩试验取出养护好的相似材料试件，利用 DYD-100 电子万能试验机以位移控制的方试件进行单轴压缩实验，如图 2.3 所示。图 2.3 DYD-100 电子万能试验机实验后整理所得的实验数据，取其中部分数据进行分析，得到了不同胶砂比、
【参考文献】

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本文编号：2842221