气液两相流防治矿井采空区火灾实验研究

发布时间：2017-09-24 19:29

  本文关键词：气液两相流防治矿井采空区火灾实验研究

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【摘要】：矿井火灾是煤矿五大灾害之一,严重影响着矿井的安全生产。目前存在的采空区火灾治理技术大多难以在防治效果和经济效益两方面同时取得较好的效果。因此,迫切需要提出一种经济有效的采空区防灭火技术。氮气防灭火技术是惰性气体防灭火技术的一种,在煤炭自燃的防治工作中,氮气由于具有防治效果好、成本低、对人与环境安全友好等特点而得到了广泛的应用。细水雾灭火技术是一种新型的灭火技术,能够在冷却、窒息、隔绝热辐射和湿润等多重作用下达到控制、抑制和扑灭火灾的目的,具有水喷淋和气体灭火的双重作用和优点,与传统灭火技术相比,具有灭火效果好、耗水量低、无污染、喷头不易堵塞等优势。本文提出氮气和细水雾气液两相流耦合作用下的采空区自燃火灾防治技术,在发挥氮气高效惰化抑爆作用的同时,将带压氮气作为气源,与水源相互作用,产生细水雾,对火区内高温煤岩进行三维立体覆盖降温,综合利用氮气和细水雾在采空区火灾防治方面的优点,实现采空区火灾的有效防治。对氮气防灭火技术与细水雾防灭火技术的防灭火机理进行深入的理论分析,设计出适用于煤矿井下的氮气—细水雾发生系统,确定了气液两相流技术采空区防火与灭火实施方案,建立采空区多孔介质模型与两相流控制方程。在实验室建立采空区气液两相流灭火实验模型,进行采空区火灾气液两相流灭火实验研究,对实验结果进行总结分析。氮气—细水雾两相流防灭火技术灭火实验研究结果表明,实验中的氮气—细水雾发生设备生成了雾滴均匀性较好的气液两相流细水雾;两相流雾化喷嘴喷出的氮气与细水雾能够运移和弥散到矿井采空区的整个区域;氮气在水的雾化和携带方面起到了良好的效果;氮气-细水雾能够迅速抑制遗煤的燃烧、降低采空区温度、降低CO、CO2、H2的生成量、减少采空区的耗氧量与CH4涌出量,具有较好的灭火效果。
【关键词】：矿井火灾 氮气防灭火 细水雾灭火 气液两相流采空区火灾防治技术 实验研究
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O359.1;TD752.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 研究背景10
• 1.3 国内外研究状况10-16
• 1.3.1 矿井采空区防灭火研究现状10-15
• 1.3.2 细水雾防灭火技术在煤矿井下的综合应用15-16
• 1.4 本文主要研究内容和方法16-17
• 1.4.1 主要研究内容16
• 1.4.2 主要研究方法16-17
• 1.5 技术路线17-19
• 第二章 矿井采空区气液两相流防灭火技术19-33
• 2.1 矿井氮气防灭火技术19-22
• 2.1.1 氮气防灭火原理19-20
• 2.1.2 氮气防灭火技术的发展历程与技术特点20-22
• 2.2 细水雾灭火技术22-29
• 2.2.1 细水雾的定义22-24
• 2.2.2 细水雾防灭火机理24-25
• 2.2.3 双流体雾化细水雾25-29
• 2.3 矿井采空区氮气—细水雾两相流防灭火技术29-33
• 第三章 采空区多孔介质模型与流体力学控制方程33-41
• 3.1 采空区多孔介质模型33-34
• 3.2 采空区多孔介质的流体力学控制方程34-41
• 3.2.1 局部容积平均法34-38
• 3.2.2 多孔介质中气液两相流动的控制方程38-39
• 3.2.3 采空区多孔介质中多相流之间的相互作用39-41
• 第四章 采空区气液两相流灭火实验方法与实验模型41-49
• 4.1 采空区气液两相流灭火实验方法41-43
• 4.2 采空区气液两相流灭火实验模型43-49
• 4.2.1 气液两相流细水雾发生设备43-44
• 4.2.2 矿井采空区遗煤燃烧模型44-46
• 4.2.3 信号采集—数据处理模块46-49
• 第五章 气液两相流防灭火技术灭火实验研究49-73
• 5.1 采空区遗煤燃烧实验49-54
• 5.1.1 实验条件与过程49-50
• 5.1.2 实验结果分析50-54
• 5.2 氮气—细水雾扑灭采空区火灾实验54-66
• 5.2.1 实验条件与过程54-61
• 5.2.2 实验结果分析61-66
• 5.3 氮气+水喷雾扑灭采空区火灾实验66-71
• 5.3.1 实验条件与过程66
• 5.3.2 实验结果分析66-71
• 5.4 实验结论总结71-73
• 第六章 结论73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 创新与不足74-75
• 6.2.1 创新性74
• 6.2.2 不足74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 作者简历及学术成果81-82

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本文编号：913070