煤自燃阶段特征及采空区自燃区域变化规律研究
发布时间：2024-07-04 20:25
为研究煤自燃机理及其阶段变化特征,通过理论分析煤自燃过程、探讨煤层自燃的基本条件、煤自燃阶段特征。通过程序升温、绝热氧化和TG-FTIR实验对比研究不同煤种低温阶段指标气体的变化特征、煤自燃倾向性和高温阶段煤燃烧过程的热重变化、气体释放规律,以此研究煤自燃各阶段中反应和结构特性,并为采空区自燃“三带”数值模拟提供放热源、耗氧源等数据支持。结合兴陶煤矿回采工作面上覆岩层裂隙发育模拟,按区域计算了采空区渗透系数,并在前人基础上,总结了采空区渗透系数分布规律,为采空区渗透率场模拟提供数据支撑。论文在理论分析基础上,建立采空区煤自燃数学模型,并结合Visual C++开发了可视化采空区火源定位数值模拟软件V1.0,辅以实验基础数据,模拟不同情况下采空区自燃区域的变化情况,并提出煤自燃综合防治方案。研究结果表明：通过煤的元素分析可以预测煤各阶段特征点及其气体浓度,自燃数值模拟为采空区防灭火提供可靠的决策方案,为采空区自燃的预测、预防、预报及治理提供理论支撑。
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
详细摘要
Detailed Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 煤的自燃学说、机理和实验模拟方面的研究
1.2.2 煤自燃模型和数值模拟的国内外研究现状
1.2.3 采空区自燃区域变化规律国内外研究现状
1.2.4 国内外动态评述
1.3 研究内容
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究目的
1.4 研究计划及技术路线
1.4.1 研究计划
1.4.2 技术方案及技术路线
1.5 本章小结
2 煤层自燃机理及阶段特征
2.1 煤的自燃机理
2.2 煤自燃机理与煤层自燃机理的区别
2.3 煤层自燃的基本条件
2.3.1 煤厚
2.3.2 氧气浓度
2.3.3 热量积蓄
2.3.4 时间
2.4 煤层自燃的地质特点
2.4.1 煤层自燃的主要特征
2.4.2 地质构造与煤层自燃的关系
2.5 煤自燃阶段及燃烧区域特征
2.5.1 煤的自燃过程
2.5.2 煤自燃阶段燃烧特征
2.5.3 煤层燃烧区域特征
2.7 本章小结
3 煤自燃低温阶段特征实验研究
3.1 工业分析及元素分析
3.1.1 实验原理及实验仪器
3.1.2 实验过程
3.1.3 实验结果及分析
3.2 绝热氧化实验
3.2.1 实验原理及实验仪器
3.2.2 实验过程
3.2.3 实验结果及简要分析
3.3 程序升温实验
3.3.1 实验原理及实验仪器
3.3.2 实验过程
3.3.3 实验结果及简要分析
3.4 煤自燃低温阶段特征分析
3.4.1 程序升温实验阶段气体表征
3.4.2 程序升温不同温度段阶段特征点分析
3.4.3 程序升温阶段内标志性气体变化规律
3.4.4 程序升温阶段热动力参数变化规律
3.4.5 阶段区间内绝热氧化动力学参数
3.4.6 表征临界点区间内热动力学参数计算
3.5 煤质与煤自燃阶段参数的关系
3.5.1 元素与阶段热动力学参数的关系
3.5.2 元素与工业参数的关系
3.6 本章小结
4 煤自燃高温阶段特征实验研究
4.1 引言
4.2 实验装置介绍
4.2.1 同步热分析仪(STA449F3)
4.2.2 傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)
4.3 实验原理
4.3.1 热重分析(TGA)
4.3.2 差示扫描量热(DSC)
4.3.3 红外光谱分析(FTIR)
4.4 实验影响因素分析
4.4.1 热重分析影响因素
4.4.2 差示扫描量热影响因素
4.4.3 红外光谱分析影响因素
4.5 实验过程
4.6 煤热重实验分析
4.6.1 各煤样热重(TG)、失重(DTG)曲线比较
4.6.2 氧气浓度对煤热重实验的影响
4.6.3 升温速率对煤热重实验的影响
4.6.4 粒径对煤热重实验的影响
4.6.5 实验结论
4.7 煤特征温度点与反应动力学参数分析
4.7.1 煤的特征温度点
4.7.2 煤的反应动力学参数计算
4.7.3 煤特征温度点、反应动力学参数与挥发份、元素的关系
4.7.4 实验结论
4.8 煤傅里叶变换红外光谱分析
4.8.1 煤受热分解的特征气体分析
4.8.2 煤的官能团分析
5
5.2.1 岩层竖直方向特征
5.3 4201回采工作面上覆岩层裂隙发育模拟
5.3.1 工作面概况
5.3.2 地应力计算
5.3.3 建立计算模型
5.3.4 地应力初始化
5.3.5 模拟结果
5.4 综放面采空区覆岩区带划分特征
5.4.1 竖直方向三带高度的确定
5.4.2 横向分区特征
5.5 采场覆岩区划分
5.6 本章小结
6 采空区自燃“三带”区域变化规律
6.1 采空区自燃“三带”理论
6.2 采空区自燃数学模型
6.2.1 模型的假设条件
6.2.2 煤自燃数学基本模型
6.2.3 回采情况下温度数学模型
6.2.4 注氮参数与“三带”分布情况之间关系的理论研究
6.3 采空区火源定位软件开发及应用
6.3.1 软件开发及介绍
6.3.2 边界条件及源项确定
6.3.3 基于自燃“三带”火源定位分析
6.4 注氮情况下采空区“三带”分析
6.5 均压情况下采空区“三带”分析
6.5.1 物理模型
6.5.2 定解条件及参数设定
6.5.3 结果分析
6.6 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 论文创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
在学期间发表的学术论文
在学期间参加科研项目
主要获奖
本文编号：4000482
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
详细摘要
Detailed Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 煤的自燃学说、机理和实验模拟方面的研究
1.2.2 煤自燃模型和数值模拟的国内外研究现状
1.2.3 采空区自燃区域变化规律国内外研究现状
1.2.4 国内外动态评述
1.3 研究内容
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究目的
1.4 研究计划及技术路线
1.4.1 研究计划
1.4.2 技术方案及技术路线
1.5 本章小结
2 煤层自燃机理及阶段特征
2.1 煤的自燃机理
2.2 煤自燃机理与煤层自燃机理的区别
2.3 煤层自燃的基本条件
2.3.1 煤厚
2.3.2 氧气浓度
2.3.3 热量积蓄
2.3.4 时间
2.4 煤层自燃的地质特点
2.4.1 煤层自燃的主要特征
2.4.2 地质构造与煤层自燃的关系
2.5 煤自燃阶段及燃烧区域特征
2.5.1 煤的自燃过程
2.5.2 煤自燃阶段燃烧特征
2.5.3 煤层燃烧区域特征
2.7 本章小结
3 煤自燃低温阶段特征实验研究
3.1 工业分析及元素分析
3.1.1 实验原理及实验仪器
3.1.2 实验过程
3.1.3 实验结果及分析
3.2 绝热氧化实验
3.2.1 实验原理及实验仪器
3.2.2 实验过程
3.2.3 实验结果及简要分析
3.3 程序升温实验
3.3.1 实验原理及实验仪器
3.3.2 实验过程
3.3.3 实验结果及简要分析
3.4 煤自燃低温阶段特征分析
3.4.1 程序升温实验阶段气体表征
3.4.2 程序升温不同温度段阶段特征点分析
3.4.3 程序升温阶段内标志性气体变化规律
3.4.4 程序升温阶段热动力参数变化规律
3.4.5 阶段区间内绝热氧化动力学参数
3.4.6 表征临界点区间内热动力学参数计算
3.5 煤质与煤自燃阶段参数的关系
3.5.1 元素与阶段热动力学参数的关系
3.5.2 元素与工业参数的关系
3.6 本章小结
4 煤自燃高温阶段特征实验研究
4.1 引言
4.2 实验装置介绍
4.2.1 同步热分析仪(STA449F3)
4.2.2 傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)
4.3 实验原理
4.3.1 热重分析(TGA)
4.3.2 差示扫描量热(DSC)
4.3.3 红外光谱分析(FTIR)
4.4 实验影响因素分析
4.4.1 热重分析影响因素
4.4.2 差示扫描量热影响因素
4.4.3 红外光谱分析影响因素
4.5 实验过程
4.6 煤热重实验分析
4.6.1 各煤样热重(TG)、失重(DTG)曲线比较
4.6.2 氧气浓度对煤热重实验的影响
4.6.3 升温速率对煤热重实验的影响
4.6.4 粒径对煤热重实验的影响
4.6.5 实验结论
4.7 煤特征温度点与反应动力学参数分析
4.7.1 煤的特征温度点
4.7.2 煤的反应动力学参数计算
4.7.3 煤特征温度点、反应动力学参数与挥发份、元素的关系
4.7.4 实验结论
4.8 煤傅里叶变换红外光谱分析
4.8.1 煤受热分解的特征气体分析
4.8.2 煤的官能团分析
5
5.2.1 岩层竖直方向特征
5.3 4201回采工作面上覆岩层裂隙发育模拟
5.3.1 工作面概况
5.3.2 地应力计算
5.3.3 建立计算模型
5.3.4 地应力初始化
5.3.5 模拟结果
5.4 综放面采空区覆岩区带划分特征
5.4.1 竖直方向三带高度的确定
5.4.2 横向分区特征
5.5 采场覆岩区划分
5.6 本章小结
6 采空区自燃“三带”区域变化规律
6.1 采空区自燃“三带”理论
6.2 采空区自燃数学模型
6.2.1 模型的假设条件
6.2.2 煤自燃数学基本模型
6.2.3 回采情况下温度数学模型
6.2.4 注氮参数与“三带”分布情况之间关系的理论研究
6.3 采空区火源定位软件开发及应用
6.3.1 软件开发及介绍
6.3.2 边界条件及源项确定
6.3.3 基于自燃“三带”火源定位分析
6.4 注氮情况下采空区“三带”分析
6.5 均压情况下采空区“三带”分析
6.5.1 物理模型
6.5.2 定解条件及参数设定
6.5.3 结果分析
6.6 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 论文创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
在学期间发表的学术论文
在学期间参加科研项目
主要获奖
本文编号：4000482
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