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煤田火地下高温区强迫对流提热降温特性及技术研究

发布时间:2021-02-16 18:57
  煤田火灾是全球性灾害,在各主要采煤国家均有分布。我国是世界上煤火最为严重的国家。煤火在烧毁大量煤炭资源的同时产生了巨大的热能,长期以来,煤田火区的治理均将火区热能作为一种灾害源去消除,未从热能提取利用的角度考虑,导致火区蕴含的热能全部废弃,造成巨大的能量损失,而火区现有的提热方法主要以热管或者是钻孔换热器为主,单孔降温半径较小,对大面积煤火高温区的治理难度大。为实现火区提热和降温治理的有效结合,本文提出了煤田火区强迫对流提热降温方法,通过向煤火地下高温区压注热提取媒质(热媒)并对其进行抽采以实现对地下热能的提取和高温煤岩的降温治理。基于该思路和方法,本文从贫氧条件下煤的反应动力学特性出发,构建了煤田火区多场耦合模型,开展了高温煤体内强迫对流提热降温特性的模拟和实验研究,开发了强迫对流提热降温技术并进行了火区现场提热降温试验,取得的主要成果和结论如下:揭示了贫氧条件下煤反应动力学特性随氧气浓度的变化规律。测试了不同贫氧浓度下煤氧化燃烧过程的热重、热流变化,分析了不同反应阶段、不同氧浓度下煤的反应动力学参数(表观活化能和指前因子)。研究表明:水分蒸发阶段煤的表观活化能和指前因子随转化率的增... 

【文章来源】:中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:126 页

【学位级别】:博士

【部分图文】:

煤田火地下高温区强迫对流提热降温特性及技术研究


世界煤火分布图

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图 1-2 煤火主要研究机构、研究内容统计Figure 1-2 Main research institutes and contents of coal fires图 1-3 我国煤田火区本底调查分布图Figure 1-3 Coal fires distribution in China based on the background investigation煤田火区不仅烧毁大量煤炭资源(图 1-4a),还对生态环境造成了严重危害,大面积煤火燃烧将释放大量有毒有害气体(如 CO、SO2、CO2、H2S、N2O、NOx

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2图 1-3 我国煤田火区本底调查分布图 1-3 Coal fires distribution in China based on the background inve不仅烧毁大量煤炭资源(图 1-4a),还对生态环境造成烧将释放大量有毒有害气体(如 CO、SO2、CO2、H2图 1-4b)和汞、硒等污染土壤和水资源的有害化学物的身体健康,CO2和 CH4等温室气体将严重破坏大火区因地下煤体燃烧而形成了大量烧空区,烧空区的的应力平衡状态,促使围岩发生变形、破坏和移动,的燃烧而不断扩展,直至断裂垮落,最终引起地面沉烘烤地表,加剧土壤沙化,燃烧产生的硫磺、煤焦油状恶化,导致植被大量死亡(图 1-4c)。为此,国家”明确提出要求加强统筹规划、推进新疆等地区煤田火

【参考文献】:
期刊论文
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[2]露头火区煤火蔓延规律相似模拟实验研究[J]. 王文才,王鑫宙.  煤矿安全. 2016(05)
[3]煤田火区有害气体排放的环境影响评估方法研究[J]. 陈晓坤,桑长波,李珍宝.  安全与环境工程. 2016(02)
[4]煤田露头火区标志性气体确定的试验研究及应用[J]. 王文才,张培,任春雨,尚东,郭振坤,陈政.  煤炭科学技术. 2016(03)
[5]煤田火区发展演化的多场耦合作用过程[J]. 马砺,刘庚,肖旸,鲁军辉,何勇军.  科技导报. 2016(02)
[6]煤田火区成因机理及注浆固化灭火技术[J]. 张廷会,贺卫中,崔邦军,李小刚.  兰州大学学报(自然科学版). 2015(06)
[7]地下煤火热交换系统相似准则研究[J]. 仲晓星,杨正杰,窦国兰,曾杰,任宏伟.  中国矿业大学学报. 2015(06)
[8]地下煤火燃空区覆岩裂隙分布模型和局部化特征[J]. 王少锋,李夕兵,王德明,李启月.  岩土力学. 2015(S2)
[9]用热棒技术强化煤堆降温幅度试验[J]. 邓军,李贝,马砺.  中国安全科学学报. 2015(06)
[10]地下煤火高温阶段贫氧不完全燃烧耗氧速率的计算[J]. 宋泽阳,朱红青,徐纪元,秦晓峰,张振.  煤炭学报. 2014(12)

博士论文
[1]煤矿封闭火区中阴燃煤体的动力学反应机理及其熄灭条件[D]. 亓冠圣.中国矿业大学 2017
[2]煤火贫氧燃烧阶段特性演变的分子反应动力学机理[D]. 辛海会.中国矿业大学 2016
[3]煤火氧化燃烧反应—流场—温度场耦合TGA实验与数值模拟[D]. 宋泽阳.中国矿业大学(北京) 2015
[4]煤自燃阶段特征及其临界点变化规律的研究[D]. 屈丽娜.中国矿业大学(北京) 2013
[5]煤田火区煤岩体裂隙渗流的热—流—固多场耦合力学特性研究[D]. 肖旸.西安科技大学 2013
[6]超细水雾灭火有效性的模拟实验研究[D]. 梁天水.中国科学技术大学 2012
[7]采空区气体三维多场耦合规律研究[D]. 车强.中国矿业大学(北京) 2010
[8]大面积煤田火区范围圈划及燃烧机理研究[D]. 卢国栋.中国矿业大学(北京) 2010
[9]土壤源热泵垂直地埋管换热器传热特性研究[D]. 於仲义.华中科技大学 2008
[10]高压细水雾灭火系统关键技术及其灭火性能研究[D]. 廖义德.华中科技大学 2008

硕士论文
[1]汝箕沟煤田火区多孔介质渗流规律研究[D]. 徐佳.西安科技大学 2011
[2]大宝鼎4号煤层露头火灾的数值模拟及应用[D]. 孙宝亮.西安科技大学 2008



本文编号:3036791

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