煤矸石山自然发火机理及防治技术研究

发布时间：2017-04-14 17:00

  本文关键词：煤矸石山自然发火机理及防治技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤矸石是煤炭开采与加工过程中产生和排放的固体废弃物,其产量约占煤炭产量的10%~15%。目前我国煤矸石的累计堆存量达5.0 x109t,占地近2 .0x10 8m2,现已形成大小数千座矸石山,现在全国大约1/3的矸石山正在发生燃烧。 煤矸石山的自燃,是一个极其复杂的物理化学过程,它从常温状态转变到燃烧状态,其氧化过程不仅受到煤矸石的物理化学性质所制约,同时也与煤矸石的岩相组成、水分含量、煤矸石的比表面积、孔隙率以及矸石山所处的自然环境密切有关。 论文主要运用现代测试和分析技术,系统、完善地对各类煤矸石进行一系列的基础研究工作,分析引起自燃的内在综合原因,形成较为完善的矸石山煤矸石自燃理论体系;利用矸石山内气体的流动状态和多孔介质动力学理论,推导出能够描述矸石山自燃发火充分必要条件的动态演变过程的数学模型;并以描述矸石山自燃发火的数学模型为理论依据,从理论和实践出发对矸石山自燃治理和阻化剂与配制进行研究,形成切实可行的治理方案,并应用于工程实践中。 论文完成的主要研究工作有: 有关煤矸石山自燃机理方面,在已有的研究成果基础上,对相关研究成果进行综合分析、比较、研究、总结,并结合对各类矸石山煤矸石进行系统、全面的定性元素分析和各种形态硫含量的定量分析与灰份、发热量分析,以及各种形态硫的演变规律,为探索矸石山煤矸石自然发火机理提供必要的、可靠的数据资料和科学依据,把矸石山自燃发火的研究成果融会成较完善、系统的基础理论体系。 从模拟矸石山自燃发火过程出发,运用现代测试和分析技术对各类矸石山煤矸石样进行氧化升温速度分析,探索其耗氧量、一氧化碳、二氧化碳、以及各种烃类气体的发生、发展规律,可以较好的为研究矸石山煤矸石的自燃提供科学的理论依据。 在系列实验研究的基础上,结合吸附理论、自由基反应理论、黄铁矿(FeS2)氧化理论,并结合以前有关矸石山煤矸石自燃的研究成果,进行比较和总结,建立较为完善、科学的矸石山煤矸石自燃发火理论体系。 从研究矸石山煤矸石内的气体流动状态出发,结合达西定律、渗透连续性方程和质量守恒定律,利用宏观的连续性介质进行研究,推导出矸石山煤矸石自然发火的数学模型。 从矸石山自燃数学模型出发,并以矸石山自燃数学模型为理论指导,对矸石山煤矸石自燃的预防和自燃的治理提出系统、完善的施工方案和技术措施。 WP=6 在矸石山自燃治理方面,根据引起矸石山自燃的原因,对矸石山煤矸石自燃阻化剂进行系统的理论分析和试验研究,寻求科学有效的阻化剂,形成科学、系统的治理方案和配方,并以结合具体的自燃治理工程实践对矸石山煤矸石自燃进行预防和治理,形成可以推广应用的技术方案和实施工程。治理实践表明,具有良好流变性和科学配方的注浆灭火综合治理措施是安全、高效、科学和可行的。完全可以推广应用于其它矸石山自燃灭火的治理工程中。
【关键词】：煤矸石 自燃 自燃发火机理 多孔介质 渗流 数学模型 阻化剂 自燃治理
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TD752
【目录】：

• 中文摘要5-7
• 英文摘要7-13
• 1 绪论13-31
• 1.1 引言13-15
• 1.2 论文研究的目的和意义15-18
• 1.2.1 环境污染16-17
• 1.2.2 地质灾害17-18
• 1.3 国内外研究现状18-24
• 1.3.1 煤矸石自燃发火机理研究现状18-21
• 1.3.2 矸石山自燃发火数学模型研究现状21
• 1.3.3 煤矸石自燃防治技术研究现状21-24
• 1.4 煤矸石的处理方法与综合利用简述24-27
• 1.4.1 矸石中回收煤炭或用作工业生产的燃料24
• 1.4.2 在水泥工业中的应用24-25
• 1.4.3 煤矸石作建筑材料25-26
• 1.4.4 从煤矸石中提取生产化工产品26-27
• 1.5 矸石山煤矸石自燃发火机理的最新研究发展趋势27-28
• 1.5.1 自燃发火机理方面的研究27
• 1.5.2 数学模型与数值计算方面的研究27-28
• 1.6 国内外研究现状评述28-29
• 1.7 本文的主要研究内容及方法29-31
• 2 矸石山煤矸石自燃机理的实验研究31-63
• 2.1 矸石山煤矸石山自燃的特征31-33
• 2.1.1 煤矸石山发生自燃的条件31
• 2.1.2 矸石山煤矸石山自燃的特征31-33
• 2.2 影响煤矸石自燃的因素33-37
• 2.2.1 煤矸石中硫化物含量与聚集状态对自燃的影响33
• 2.2.2 矸石中残存煤的变质程度对自燃的影响33-34
• 2.2.3 水分的影响34-36
• 2.2.4 粒径的影响36
• 2.2.5 堆积形式及内部压力的影响36-37
• 2.2.6 温度对煤矸石自燃的影响37
• 2.3 矸石山煤矸石自燃机理的实验研究37-61
• 2.3.1 各矸石山煤矸石自燃现状、特点37-38
• 2.3.2 取样和制备38
• 2.3.3 各类煤矸石样的x射线莹光光谱元素分析38-42
• 2.3.4 煤矸石水分的测定42
• 2.3.5 煤矸石挥发分的测定42-43
• 2.3.6 煤矸石中各种形态硫的定量分析43-52
• 2.3.7 煤矸石的氧化升温速率实验52-61
• 2.4 本章小结61-63
• 3 矸石山煤矸石自燃发火机理分析63-77
• 3.1 矸石山发生自燃的条件63
• 3.2 矸石山煤矸石对空气的吸附作用63-66
• 3.3 煤矸石的自燃过程与临界温度66-68
• 3.4 煤矸石氧化过程中气体物质传递研究68-69
• 3.4.1 整体气体流的携带作用68-69
• 3.4.2 扩散引起的物质传递69
• 3.5 煤矸石中煤的复合氧化机理69-70
• 3.5.1 煤的分子结构特征69
• 3.5.2 煤的自由基氧化反应历程69-70
• 3.6 FeS2氧化机理70-71
• 3.7 实验结果分析71-75
• 3.7.1 硫的聚集形态对自燃的影响71
• 3.7.2 氧化升温速率实验结果分析71-74
• 3.7.3 结论74-75
• 3.8 本章小结75-77
• 4 矸石山自燃发火数学模型研究77-96
• 4.1 煤矸石山内气体流动状态77-82
• 4.1.1 气体在煤矸石山孔隙与裂隙中的流动77-78
• 4.1.2 矸石山内气体的渗流运动78-82
• 4.2 矸石山内气体流动数学模型82-91
• 4.2.1 矸石山内气体流动状态82-83
• 4.2.2 渗流定律83-86
• 4.2.3 连续性方程86-88
• 4.2.4 矸石山气体流动微分方程88-89
• 4.2.5 矸石山内气体流动微分方程的定解条件89-91
• 4.3 矸石山内气体流动数学模型的建立91-94
• 4.4 利用数学模型分析矸石山自燃火灾防治途径94-95
• 4.5 本章小结95-96
• 5 煤矿矸石山自燃的治理96-122
• 5.1 治理矸石山煤矸石自燃的意义96
• 5.2 矸石山自燃发火数学模型的现场应用96-99
• 5.3 未燃矸石山的预防99-103
• 5.3.1 预防矸石山自燃所遵循的原则99
• 5.3.2 预防矸石山自燃工程方案原则99-100
• 5.3.3 碾压覆盖法工艺流程100-101
• 5.3.4 新矸石山预防自燃措施101-102
• 5.3.5 预防矸石山自燃实施工程方案102
• 5.3.6 施工技术要求及工艺参数102-103
• 5.4 煤矸石自燃阻化剂的研究103-107
• 5.4.1 煤矸石自燃阻化剂的类型103-104
• 5.4.2 煤矸石自燃阻化剂的作用机理104-105
• 5.4.3 煤矸石自燃阻化剂的实验研究105-107
• 5.5 金刚煤矿自燃矸石山的治理107-119
• 5.5.1 金刚煤矿矸石山现场概况108-109
• 5.5.2 矸石山的地貌及其堆放形式109-110
• 5.5.3 金刚煤矿实施自燃灭火方案的制定110-111
• 5.5.4 注浆灭火的基本配方和流变性要求111
• 5.5.5 注浆浆料配方和流变参数111-112
• 5.5.6 基本原理112-113
• 5.5.7 实施灭火方案113-115
• 5.5.8 施工设备和施工流程图115-117
• 5.5.9 灭火过程安全措施117
• 5.5.10 实施效果117-118
• 5.5.11 灭火成本118-119
• 5.6 本章小结119-122
• 6 结论与建议122-126
• 6.1 主要结论122-124
• 6.2 进一步研究的建议124-126
• 致 谢126-128
• 参考文献128-134
• 附: 个人简历134-136
• 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录134-135
• 作者在攻读博士学位期间参加的科研情况135
• 作者在攻读博士学位期间获奖情况135-136

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 张成梁;黄艺;袁良红;王书宏;;自然煤矸石山生境构建技术[A];工程绿化理论与技术进展——全国工程绿化技术交流研讨会论文集[C];2008年

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本文编号：306418