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《大连理工大学》 2010年
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煤自然过程与临界着火条件的模拟研究

孙宗贤  
【摘要】: 煤炭自燃是引起矿井火灾和煤在储运过程中起火的主要因素之一,往往会造成人员伤亡及国家财产损失。煤炭自然火灾事故对煤矿安全的危害不亚于瓦斯、煤尘爆炸等事故,已经成为制约煤矿安全生产的主要因素之一。煤炭自燃只有在一定的通风、供氧、及蓄热等形成临界条件下才会发生,因而研究煤的自然着火过程以及煤着火的临界条件具有很大的学术与实用价值。本文旨在利用实验测试与数值模拟相结合的方法来研究煤自燃发生、发展过程,进而预测出一定条件下的煤自然发火时间,并模拟分析煤自燃过程的临界着火条件。 由实验研究着手,搭建辅助热源加热工况下的煤自然发火实验装置,模拟煤在破碎有氧条件下的低温氧化升温过程。基于实验测试结果,将煤自燃过程分为煤氧化学吸附过程和化学反应过程两个不同的阶段,分别拟合得到煤氧化学吸附和化学反应阶段的耗氧速率分段数学表达式。然后以数值模拟为手段,利用从实验中拟合的不同氧化阶段的耗氧速率,根据多孔介质传热传质理论建立描述煤自然发火过程的非稳态预测模型。模型中考虑了松散煤体内渗流速度场分布、煤与氧相互作用温度及氧浓度的分布规律,忽略水分等因素对煤自燃过程的影响。最后,利用所建立的数学模型模拟计算实验煤样在多种工况下的自然发火过程,比较分析不同煤体孔隙率和供风风速等因素对煤自燃过程的影响,确定出适用于本实验装置的煤着火临界条件。 从数值模拟与实验测试结果对比分析来看,二者表现出较好的一致性。数值预测出实验煤样38天的自然发火时间与矿井现场提供的45天的实际着火时间吻合较好。这说明将煤低温氧化过程分为煤氧化学吸附过程和化学反应过程两个不同阶段具有一定的合理性。模拟计算确定出适用于本实验装置的临界着火条件:煤体孔隙率为0.3~0.4,供风风速为0.0001~0.0003m/s。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TD752.2

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【参考文献】
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