煤层露头火区在自然通风影响下燃烧特性的研究

发布时间：2017-09-25 13:30

  本文关键词：煤层露头火区在自然通风影响下燃烧特性的研究

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【摘要】：煤田火灾一般是由煤层露头火灾最先引起的，煤层火区的产生和发展必须具备良好的通风条件，一般是在自然通风影响下自主发生的煤层燃烧。因此针对煤层露头火区及其诱发煤层顶板冒落产生塌陷区“三带”，进行煤层露头火区在自然通风影响下燃烧特性的研究，对科学分析煤层露头火区燃烧过程，做好煤田火区防治工作，保护煤炭资源及生态环境，具有重大的意义。 根据调研露头火区上的一处煤层露头火区为研究对象，通过理论分析、实验研究及数值模拟研究相结合的方法对煤层露头火区在自然通风影响下燃烧特性进行研究。首先，运用补水法对煤层露头火区塌陷区构成的多孔介质区域的孔隙率进行测定实验，确定煤层露头火区塌陷“三带”多孔介质的孔隙率范围在0.35至0.45之间及孔隙率与渗透率关系式。其次，运用自制的煤层露头火区相似模拟实验装置对露头煤层燃烧过程进行实验室实验，得到了煤层燃烧与时间关系、煤层燃烧时温度与灾害后气体中氧含量的关系式及煤层燃烧时热释放速率。再次，对火区的相关理论及调研火区地质资料建立煤层露头火区物理模型及数学模型并对其进行分析，确定煤层露头通风系统动力系统及其相关模型的边界条件。最后，应用Fluent软件对煤层露头火区火进行数值模拟，并对其结果进行分析得到煤层露头火区温度场、漏风流场及风压场的变化情况，，进而掌握露头火区煤层燃烧过程一般规律；并根据拟结果验证了气体在煤层露头火区进风通道（冒落带及其充填区构成进风通道）的渗流运动符合多孔介质渗流理论中的达西定律。 通过上述理论分析、实验室实验及数值模拟研究分析得到煤层露头火区在自然通风影响下燃烧特性的一些参数及规律，对露头火区防治及其对煤层露头火区的进一步研究具有一定指导意义。
【关键词】：煤层露头火区 孔隙率 煤层燃烧 Fluent 渗流
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD75
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究目的和意义10
• 1.3 研究现状10-14
• 1.3.1 多孔介质孔隙率与渗透率关系研究现状10-12
• 1.3.2 煤燃烧过程相关理论现状12-13
• 1.3.3 煤燃烧模拟实验现状13
• 1.3.4 煤层燃烧的数值模拟现状13-14
• 1.4 本文研究内容和方案14-16
• 1.4.1 研究内容14-15
• 1.4.2 研究方案15-16
• 2 煤层露头火区孔隙率及其与渗透率关系测定研究16-25
• 2.1 孔隙率及其影响因素16-18
• 2.2 孔隙率的相似测定原理及其步骤18-20
• 2.3 孔隙率的相似测定结果分析20-21
• 2.4 孔隙率与渗透率关系分析21-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 煤层露头火区通风动力及其相似模拟实验的研究25-43
• 3.1 煤层露头火区通风系统分析25-26
• 3.2 煤层露头火区通风系统动力26-31
• 3.2.1 自然风压模型分析26-27
• 3.2.2 火风压模型分析27-31
• 3.3 煤层露头火区相似模拟实验31-42
• 3.3.1 模拟实验实验装置31-34
• 3.3.2 煤层燃烧相似模拟实验34-38
• 3.3.3 煤层燃烧实验过程气体分析38-40
• 3.3.4 煤样的热释放速率计算分析40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 煤层露头火区的数学模型的研究43-54
• 4.1 煤层露头火区的物理模型分析43-44
• 4.2 煤层露头火区气体流场的数学模型分析44-48
• 4.2.1 煤层露头火区的漏风通道分析44-45
• 4.2.2 煤层露头火区漏风流场的数学模型分析45-48
• 4.3 煤层露头火区温度场的数学模型分析48-52
• 4.4 煤层露头火区气体组分输运数学模型分析52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 煤层露头火区的数值模拟研究54-77
• 5.1 煤层露头火区数值模拟技术54-55
• 5.2 煤层露头火区模型网格划分55-56
• 5.2.1 火区几何模型网格划分55-56
• 5.2.2 火区几何模型边界条件56
• 5.3 煤层露头火区计算模型56-57
• 5.4 煤层露头火区数值模拟结果与分析57-73
• 5.4.1 煤层露头火区燃烧强度及气流速度参数57-58
• 5.4.2 煤层露头火区入口风速为 0.2m/s 的数值模拟结果58-63
• 5.4.3 煤层露头火区入口风速为 0.5m/s 的数值模拟结果63-67
• 5.4.4 煤层露头火区入口风速为 0.8m/s 的数值模拟结果67-71
• 5.4.5 煤层露头火区入口风速变化时模拟结果的分析71-73
• 5.5 露头火区煤层燃烧过程的一般规律73-74
• 5.6 煤层露头火区进风通道验证分析74-76
• 5.7 本章小结76-77
• 6 结论与展望77-79
• 6.1 总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 在学研究成果83-85
• 致谢85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 徐精彩;空气在煤堆中的渗流规律探讨[J];西安矿业学院学报;1995年04期

2 李晓东,祁明峰,尤孝方,严建华,池涌,倪明江,岑可法;烟煤燃烧过程中多环芳烃生成研究[J];中国电机工程学报;2002年12期

3 李增华;煤炭自燃的自由基反应机理[J];中国矿业大学学报;1996年03期

本文编号：917624