煤矿热动力灾害防控研究现状及趋势综述

为分析煤矿热动力灾害防治理论及技术相关研究现状,提高对煤自燃、瓦斯爆炸及诱发耦合灾害等方面的认识,系统总结了当前煤矿热动力灾害研究的成果,分析研究领域国内外进展及不足。研究结果表明:当前热动力灾害基础理论方面需深入多灾种耦合复杂致灾机理及影响机制的研究,防治技术方面需着力发展精细化、低碳化、智能化防治技术及装备,管理方面需以科学理论为基础,制定合理可行的监管监察防灾治灾临界指标。研究结论为煤矿热动力灾害防治理论及技术进一步发展提供参考。

古生物有机质演化热动力学定量计算刍议

以煤变质热动力学方程为蓝本,修正建立了有机质演化热动力学方程。该方程以无争议的镜质体反射率和岩层绝对年龄为自变量,求解古地温。并以一口包含中生界和古近系之间的不整合面探井实测数据进行验证。实测数据中的最高古地温被定为参考温度。结果表明:对于古近系构造层15个测点,得到的计算温度与参考温度的平均相对误差为0.71%;对于古生界构造层14个测点,得到的计算温度与参考温度的平均相对误差为0.31%。计算结果与实测数据分别用镜质体反射率–时间–古地温三维曲面和立体点来表示。

用演变热动力学分析镜质组反射率梯度与古地温梯度的关系

文章将煤变质热动力学方程演变成有机质演化热动力学方程并用于准确描述古地温、镜质体反射率和岩层绝对年龄三者之间的关系。进而推导出用镜质组反射率梯度计算古地温梯度的数学方程,并用以求解埋深。对于古近系构造层,计算埋深与参考埋深的平均相对误差为8.28%,对于古生界构造层,计算埋深与参考埋深的平均相对误差为3.94%,均远大于计算温度时的平均相对误差。研究表明,要想更好地诠释不整合面上、下构造层中镜质体反射率随深度的“跳跃”无法耦合的情况,既要考虑不整合面地层的剥蚀(沉降)–反剥蚀(隆升)的影响,同时还得考虑古地温梯度变化的影响。

2011—2022年煤矿热动力灾害事故特征及发生规律分析

基于2011—2022年全国煤矿热动力灾害事故的统计结果,采用数据统计法,按照煤矿企业性质、事故类型、事故等级和发生地区等4个方面进行综合分析,通过趋势图、柱状图及百分比图对煤矿热动力灾害事故的规律和特点进行总结,并对煤矿热动力灾害发生的原因进行深入分析。分析结果表明:近12年我国煤矿热动力灾害事故逐渐减少,以瓦斯爆炸类型为主,多以较大事故和重大事故的形式发生;乡镇煤矿企业和国有煤矿企业伤亡损失严重,情况严峻;西南地区和东北地区为事故多发地区。根据分析结果,从政策、经济、监管、企业及技术层面提出了相应的预防措施。

基于程序升温-热动力学的自然发火分级预警方法

自然发火为煤矿主要致灾因素,目前大部分矿井开采自燃—易自燃类煤层,也有过半数煤矿存在自然发火危险性,煤层自然发火防治问题一直是影响煤矿安全生产的重点难点。然而不同煤矿的各个煤层赋存条件千差万别,致使煤层自燃特性无法一概而论,一矿一策、一面一策已经成为自然发火防治的必然趋势。为明确唐家会矿6号煤层易自燃煤层的自然发火特征,划分自燃阶段,确定分级预警等级、预警指标及临界值,采用理论分析、程序升温实验、自燃预警指标分析、现场工业性试验等手段进行研究,最终有效划分了分级预警等级,建立了自燃预警体系,并在现场验证其准确性,为今后唐家会矿6号煤层自然发火防治提供了参考依据。

超临界CO_(2)干气密封热动力学性能研究进展

干气密封技术在超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环涡轮机械中的应用,以其卓越的密封性能和稳定性,为旋转机械的安全运行提供了保障,并显著改善了轴端密封效果。鉴于密封介质的特殊物性以及高参数化工作环境的要求,在S-CO_(2)干气密封热动力学性能研究过程中涉及复杂的流体润滑理论。本文重点阐述了多重流体效应以及相变特性对S-CO_(2)干气密封性能和流动传热特性的作用机理和影响规律,详细列出了理论研究中常采取的分析模型和求解算法,并综合评述了国内外在理论和试验方面对S-CO_(2)干气密封热动力学性能的研究。在此基础上,结合领域需求和现有先进技术,进一步提出了今后的发展方向,以期为深入开展相关研究提供理论参考,促进干气密封技术在未来能源领域中的广泛应用。

六亚甲基二异氰酸酯与丙烯酸羟乙酯反应动力学及热动力学研究

研究了六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与丙烯酸羟乙酯(HEA)在聚氨酯合成反应中的动力学和热动力学特征。在反应动力学方面,采用甲苯-二正丁胺滴定法获取了反应转化率数据,分别构建了二级动力学模型和Sato动力学模型来拟合实验数据。结果表明:该反应符合Van't Hoff近似规则;低转化率时,二级动力学模型拟合效果较好;而在高转化率时,由于存在自催化作用,Sato动力学模型具有更好的拟合优势;在热动力学方面,使用绝热加速量热仪(ARC)对反应放热进行了表征分析,结果显示该反应的热动力学反应级数为0.8,表观活化能为57.51 kJ/mol。该研究为聚氨酯的安全、高效和绿色合成提供了科学理论依据。

地下煤火灾害机理及热动力演化与热能利用研究进展

随着煤炭资源的不断开采,煤自燃造成的经济损失和人员伤亡问题日益突出,研究煤自燃的机理、应对策略及煤火资源利用,对推进煤自燃绿色防治具有重要意义。对煤自燃的研究现状进行了总结和梳理,主要对煤自燃的机理及防治技术、煤火灾害热动力演化和煤火热能提取与利用方面进行综述,旨在为煤自燃领域的研究和实践提供参考,促进煤火灾害的有效控制和资源的合理利用。

FeCo_(2)O_(4)催化TKX⁃50的分解特性及其热动力学分析

为研究双金属氧化剂作为燃烧催化剂在推进剂方面的应用,基于水热法制备了双金属氧化剂FeCo2O4,并采用扫描电子显微镜(SEM)、N2吸脱附测试(BET)、X射线衍射分析(XRD)和X射线光电子能谱分析(XPS)对催化剂的理化性质进行了表征。通过同步热分析仪(TG-DSC)研究了该氧化剂对5,5’-联四唑-1,1’-二氧二羟胺(TKX-50)的催化分解特性及热分解反应动力学参数的影响。结果表明,双金属氧化剂FeCo2O4的加入明显促进了TKX-50的热分解行为,随着双金属氧化剂含量的增加,升温速率为10.0℃·min^(-1)时,复合材料的两个放热峰峰值温度都呈现减小的趋势,最大分别减少了34.0℃和49.7℃。添加双金属氧化剂还会降低复合体系的表观活化能与活化焓值,TKX-50热力学特征参数的降低,证实了双金属氧化剂燃烧催化剂的潜质。

焦煤氧化燃烧特性参数与热动力学特征

煤氧化自燃是矿井火灾的主要原因之一。为了探明煤氧化燃烧的特点和规律,采用TG-DTG试验研究了沙曲一号煤矿焦煤氧化热解过程,对不同升温速率下煤样的特征温度和燃烧特性参数进行了计算,并根据改进的Starink法计算了缓慢失重阶段和燃烧失重阶段的热动力学参数,确定了这2个阶段的动力补偿效应。结果表明:特征温度点随升温速率的增大出现了后移现象,并且反应结束后的残余物质比例随着升温速率的增大而增加;燃烧特性参数随升温速率增大呈现显著增大趋势,升温速率越大,煤粉可燃性越好,燃烧越稳定,但反应也越不充分;表观活化能在缓慢失重阶段呈现逐渐增大的趋势,最大值188.47 kJ/mol在着火点T_(3)附近;在燃烧失重阶段当转化率小于0.3时,表观活化能逐渐增大,之后逐渐减小,最大值173.65 kJ/mol在最大失重速率温度点T_(4)附近;指前因子整体变化规律与表观活化能基本一致,动力学补偿效应在燃烧失重阶段更大。

晶体生长的热动力学分析——以碘化汞晶体为例

为研究热动力学因素对晶体形貌的影响,以碘化汞晶体为例,对晶体生长速率进行分析计算,得到台阶能、面溶解焓、体溶解焓、有效溶质的摩尔分数以及各晶面的生长速率,根据α-HgI_(2)晶体的各晶面的生长速率排序(001)<(110)<(101)<(102)<(103),确定(001)面应为α-HgI_(2)晶体的最大显露面,体现出了α-HgI_(2)晶体的最大形态学特征。

热动力站蒸汽管道热膨胀异常原因分析及改进措施

热动力站蒸汽管道由热膨胀引发的安全运行隐患将直接影响工厂的安全生产。针对热动力站易出现的管道、支吊架变形、过载热位移过大等异常问题,通过定量分析设计、安装及运行过程,评判造成管道热膨胀异常的关键因素,结果表明蒸汽母管刚性支吊架设计不合理、部分管系柔性偏大、安装过程支吊架性能降低或失效、运行过程缺乏有效处理措施是主要原因,采取优化支吊架、管道布置,达到管道系统“刚柔并济”,可有效消除热膨胀异常引起的安全隐患。经应力模拟计算,热动力站蒸汽管道系统热应力、热位移及设备推力显著降低,系统最大热应力由238.3 MPa降至176.23 MPa,原两处最大位位移量分别减少至17 mm和56 mm,对设备推力及力矩最高分别为10016.37 N和33032.37 N·m,最高降幅93.59%,提高了蒸汽管道系统稳定、安全及连续运行水平。研究结论可为高温高压蒸汽管道的设计、安装及运行提供一定的技术借鉴。

太阳能热动力系统Brayton装置与Stirling装置分析与比较

空间太阳能热动力发电系统是非常有前景的未来空间能源供应系统,对适用于空间SD装置的Brayton循环和Stirling循环进行了详细的分析,并以7kW发电装置为对象,从质量、效率和对吸热器的要求等方面对2种循环进行了比较。结果表明,Brayton装置为目前太阳能热动力发电的首选方案,Stirling装置是未来最理想的空间发电系统。

基于定温热动力学的燃气胶管寿命估算

针对橡胶材料老化过程难以构建精准反应模型的问题,通过构建人工神经网络(ANN)模型,以实现定温热动力学过程的无模型预测。利用时间、拉断伸长率保有率数据,建立了包含1个输入层、2个隐藏层、1个输出层的ANN模型,对燃气橡胶管在80℃、90℃和100℃的温度下老化力学性能预测,预测曲线的R^(2)值在0.99以上;同时,结合谢苗诺夫方程外推了指定温度为20℃和30℃时的拉断伸长率保有率与使用寿命的曲线。基于试验数据驱动的ANN模型,有效地简化了寿命预测模型的建立工作,给相关产品寿命快速评价带来高效手段。

热动力系统的降耗优化措施分析

供电是煤矿生产的一个重要环节。火电机组是一种能源密集型运行方式,当其热力系统运行时,虽然能量消耗很大,但是仍然具有很大的节能潜力。所以,要想减少能源消耗,就必须以节能利用为中心,利用节能技术来提高火电企业的竞争能力,以适应目前热动系统的需要。然而,当前我国火电厂热动系统的运行方式仍然是比较粗放的。如果不能很好地解决这个问题,就会造成大量的资源、能量的浪费,严重地制约了火电厂热工系统的可持续发展。为此,需要主动提出节能减排的优化战略,采用先进的节能技术,实现热力系统的转型和升级,从而提高电厂的综合运营效率,为电厂的可持续发展提供强有力的支撑。

电厂热动力系统的降耗优化措施分析

本文深入剖析了电厂热动力系统降耗增效举措。一是通过系统硬件设计,采用高效材料和设备,实现能源转化效率的提高,如锅炉、汽轮机、发电机等主要部件的结构得到优化。其次,通过先进的自动化控制系统和模拟量处理技术,在系统软件设计上,实现热动力系统的精确监控和调整,使运行效率得到最大程度的提高。进一步地,高效燃料利用和热能回收技术的应用,将有助于提高燃料的利用率,减少废热流失,从而降低整体能源消耗。最终为电厂热动力系统提供了全面、可持续的降耗优化解决方案,先进的系统监控和智能化管理,持续的技术创新和改进建议。

平行反应的热动力学研究法(II)——平行一级和二级反应

根据热动力学基本理论 ,导出了平行一级和二级反应的热动力学方程 ,建立了热谱解析平行的一级和二级反应动力学参数的数学模型 。

平行反应的热动力学研究法

根据热动力学基本理论 ,推导了平行准一级反应和平行准一二级反应的热动力学方程 ,建立了热谱解析平行反应动力学参数的热动力学研究法 ,并利用该法研究了两个模拟平行反应体系的热动力学 ,实验结果验证了方法的正确性 .

低纬地区渐近线型锋生辐合线系统及其对暴雨的湿热动力作用研究

本文主要深入分析低纬度地区一类非台风、非热带气旋强降水的关键系统——渐近线型锋生辐合线,该系统在以往的气象教科书中未曾介绍过。该系统常与低纬度局地多年强降水中心相伴,是一类浅薄环流系统,主要发生在沿海地区,从海上向岸登陆。系统的辐合上升运动,伴随有显著的锋区和湿热动力不稳定,受季节性环流背景与下垫面地形相互结合的影响,对强降水落区具有明显指示。其中温度锋区造成热动力抬升,湿度锋与上层水汽输送带形成湿动力不稳定层结,垂直上升层与中层潜热中心配合,构成深厚的湿热动力不稳定,并与渐近线型辐合线轴左侧强降水区形成对应。对渐近线型锋生辐合线的客观追踪与系统坐标系建立,有助于对系统结构和要素分布特点的有效提取,以及对强降水中心的预判。WRF数值模式对比试验显示,非绝热加热可显示水汽输送及湿热作用,并增强降雨区的温度层结不稳定和对流性不稳定;并且非绝热加热在增强垂直上升运动层的强度与厚度时,还维持了低层低值系统强度。平流感热可增强锋区及其动力抬升,凝结潜热加热可影响渐近线型锋生辐合线的辐合位置和强度,进而影响系统的活跃程度。而中层潜热加热抑制平流感热冷却进入暖气团,维持降雨区的热力不稳定和降水雨强及雨量。这是此类渐近线型锋生辐合线系统的强降水湿热动力机制,地形动力机制另文讨论。

基于雷达资料四维变分同化和三维云模式对一次超级单体风暴发展维持热动力机制的模拟分析

利用三维云尺度数值模式和雷达资料快速更新循环四维变分同化(4DVar)技术,对京津冀地区一次强降水超级单体风暴发展演变的热动力机制进行了数值模拟和结果分析,并结合雷达、加密探空和自动站资料,揭示了快速变化的近风暴大气环境及风暴自身的热动力三维特征对超级单体形成、发展和演变的影响。雷达回波观测分析表明,这是一次由多单体合并加强为"右移"超级单体而后又分裂为多单体的风暴过程。在超级单体形成到发展成熟阶段,风暴前方中低层环境垂直风切变逐渐加强,为超级单体中稳定旋转上升气流和中气旋的形成创造了重要条件。模拟的风矢端图也指示出,风暴前方的低层环境风随高度存在显著的顺时针切变,有利于超级单体风暴的持续发展和右移。与风暴相伴随的冷池以及冷池出流(阵风锋)与低层环境风场的辐合均不断增强,风暴前沿的气流上升明显,低层暖湿空气在强的风切变作用下旋转上升进入风暴内,使得超级单体得以维持和加强。在超级单体消散分裂为多单体阶段,模拟的热动力特征均不利于其进一步发展。此时,中低层切变明显减弱,风矢端图具有明显的有利于多单体风暴发展的"直线型"特征。低层扰动温度显示冷池进一步增强并明显扩展,其扩展速度快于风暴的发展移动速度,冷池前沿伸展到风暴前面。低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的"前冲"特征,并开始"脱离"风暴前沿。风暴前方的辐合上升也明显减弱。基于模拟结果计算了与超级单体发展密切相关的风暴相对环境螺旋度(SREH)、风暴整体理查森数(SBRN)和风暴强度(SS)。结果显示,在超级单体形成和发展成熟阶段,SREH>150m2/s2,SBRN<45,SS>0.4,而在超级单体形成之前和接近消散阶段,SREH<150m2/s2,SBRN>45,SS<0.4。上述结果与前人研究结论基本一致,反映出模拟的SREH、SBRN和SS对该超级单体风暴过程具有明显指示意义。