大型煤堆自燃物理预防措施研究

针对印尼煤在堆放过程中出现高温自燃,导致经济损失和环境污染的问题,以国能集团大型印尼煤煤堆为研究对象,探索了煤堆的高温区位置,研究了苫布遮盖和煤堆压实两种物理措施预防煤堆高温自燃的效果,分析了煤堆温度、气体和热值的变化以及冒烟情况。结果表明,煤堆的高温区分布在煤堆垂直高度2~4 m,深度2 m左右的区域,高温点基本位于侧风位置;苫布遮盖物理预防措施略优于煤堆压实,相对空白堆能减少一半以上的热值损失。试验为大型煤堆高温区监测、热值损失以及煤堆自燃物理防治措施提供参考依据。

有芯热管对高温煤堆温度场的影响实验研究

为了研究有芯热管对煤堆温度场的影响特征与防治煤堆自燃的可行性,利用实验测试有芯、无芯2种热管在不同热源温度下煤堆内部的热量运移规律,并结合数值模拟分析有芯热管不同布置方式对大面积煤堆的移热效果。结果表明:在不同的热源温度下,有芯热管作用煤堆最大降温幅度为130.6 K,无芯热管作用煤堆最大降温幅度为118.6 K;热管对煤堆内部温度场的影响根据距离可划分为高效降温区、过渡区域、缓慢降温区3个区域;采用三角形管群布置,煤堆内部高温区域面积较小;管间间距为25 cm时具有最好的移热效果;相比于管群布置,管间间距对有芯热管的移热效果影响更大。

风流对煤堆热源位置的影响研究

煤堆在露天堆放过程中,受到自然风的影响,从而导致热源位置发生偏移,使得对其治理出现偏差。通过模拟软件建立煤堆受风流影响的试验平台,研究不同风速下法向风与切向风对模拟煤堆热源位置移动的影响规律。研究结果表明,2种风向均对热源的移动产生影响,且法向风作用的影响大于切向风;边缘位置热源移动速度与风速大小满足线性关系,中心位置热源移动速度与风速大小满足二次函数关系;在风速较小时,对模拟煤堆中心位置热源的移动影响均较小,为煤堆自燃的治理提供一定的理论依据。

两种不同形状煤堆自燃升温特征的数值模拟

为了研究露天煤堆堆放形状对煤堆自燃过程的影响,建立二维平面煤堆自燃数学模型,利用数值方法比较了三角煤堆和梯形煤堆内部在自燃初期的漏风分布和升温特征。结果表明:高温区位置均会深入两类煤堆迎风表面2 m左右,不同之处在于,三角煤堆漏风集中,梯形煤堆漏风趋势更强,渗透范围广泛,易在煤堆内部形成大面积氧气富集区,其升温速率和高温区面积显著大于三角煤堆。依据温度对比模拟和实验得出以下结论:管理人员需要根据现场情况在成本和安全两方面进行平衡,科研人员针对煤堆自燃现象展开研究时应慎重选择煤堆模型。

煤堆粒径对煤堆自燃风速的影响

针对煤矿露天煤堆自热-自燃问题,为研究煤堆粒径对煤堆自燃的影响,运用多孔介质、传热传质、流体力学等理论,以某煤堆为原型建立了煤堆的自热-自燃二维模型。利用COMSOL软件对不同风速(0.05~13.00 m/s)条件下不同粒径(0.5~35.0 mm)煤堆的内部温度、氧化耗氧速率及漏风速度规律进行模拟分析,得到了不同粒径煤堆在不同风速下最高温度的变化曲线,对不同粒径下煤堆的自燃风速范围进行了划分,并得到了不同粒径下煤堆的最小、最大、最易自燃风速随煤堆粒径的变化规律。研究结果表明:除粒径0.5、2.0 mm的煤堆外,其他粒径煤堆内部最高温度均随风速增加呈现“快速增加—达到最大值—快速下降—稳定在一个相对较低值”的变化规律,区别在于随煤堆粒径的不同,其温升、温降的速率表现不同,较高风速条件下所能达到的稳定温度也不同。当自燃风速低于1 m/s时,在相同风速条件下煤堆平均粒径越小煤堆内部最高温度越低;当自燃风速大于1 m/s时,在相同风速条件下平均粒径小于10 mm的煤堆温度更高。当煤堆平均粒径<0.5 mm时,一般不会发生自燃;当煤堆粒径≥1 mm时,在不同风速范围内,均存在着不同程度的自燃现象。当煤堆平均粒径≤10 mm,在自燃风速≤1 m/s时,粒径越小,煤堆最高温度越低;当自燃风速>1 m/s时,粒径越小,煤堆的温度越高。

风障联合压实防治煤堆自燃技术工艺参数优化

为提高煤堆自燃的防治效果,降低经济成本和提高施工的灵活性,基于煤堆自燃理论,使用COMSOLMultiphysics 5.0数值仿真软件,建立煤堆自燃模型,研究了煤堆最高温度和自然发火期变化及相关措施实施后最高温度降低规律,对比了单独压实、独立风障和风障联合压实的温度降低量,优化了联合措施的工艺。结果表明,煤堆孔隙率越小,自燃风速范围越宽,最小、最易、最大自燃风速越大;单独进行煤堆压实存在因孔隙率增加而降低的最低不宜风速;针对6 m高煤堆单独使用风障时,只有风障高12 m、距离煤堆25 m才能避免煤堆自燃;风障联合压实措施中,风障高7.5~9 m,设置距离煤堆10~30 m即能保证煤堆不自燃。说明联合的煤堆最高温度降低量更大,且能扩大压实的适用范围,降低风障高度,节约经济成本,增加风障现场施工的灵活性。

用热棒技术强化煤堆降温幅度试验

为破坏煤堆内部蓄热环境,有效降低煤自然发火的危险性,预防煤堆自燃,基于热棒闭式汽-液两相流强化热传导原理,构建煤自燃防灭火热棒移热降温性能试验测试系统,研究煤堆升温过程中热棒对其内部温度场分布的影响效果。热棒对煤堆自燃升温过程具有较明显的抑制降温效果,煤体与热棒距离越近,降温效果越明显;热棒的累积移热量和降温能力随时间的增加而不断增大。结果表明,试验条件下,煤堆内部各测点最高降温依次为13.30,9.80,7.70,6.70,4.50,3.20,1.50和0.50℃,对应温度降幅依次为29.00%,23.90%,24.70%,19.40%,16.00%,13.50%,8.90%和3.87%,平均降温速率分别为1.20,0.90,0.70,0.62,0.39,0.29,0.16和0.11℃/h。

基于COMSOL软件分析确定煤堆初始自燃区域

为有针对性地对不同堆放参数条件下的煤堆进行自燃防治,基于煤堆自燃理论,采用COMSOL Multiphysics5.0数值仿真软件建立煤堆自燃模型,研究了孔隙率为0.2~0.6时煤堆的最易自燃风速范围、发火期及最易自燃风速范围内煤堆初始自燃位置。结果表明：随着煤堆孔隙率的增大,煤堆自燃风速范围逐渐缩小。煤堆自然发火期的最小、最大值均呈现先增加后减小的变化趋势。在自燃风速范围内,随着风速的增大,不同孔隙率煤堆最易自燃位置呈现＂左侧中部-中间中上部-右侧上部＂的移动规律,且初始自燃点具有共性,均出现在相同坐标位置处。该结果可为精确定点治理煤堆自燃提供有益的参考。

煤堆测温技术研究进展

针对地面煤堆随着储存量和储存时间的增加自燃现象日趋严重的问题,采用测温技术防治煤堆自燃已成为必要手段,首先论述了现行直接和间接煤堆测温方法及其原理,然后对常用的简易煤堆测温装置及复合式煤堆测温装置进行了介绍,并对其结构原理、优缺点及应用范围进行了分析比较。结果表明:无线测温和光纤测温技术是目前煤堆测温研究的热点,测温装置的精确化、复合化和自动化是其发展趋势,开发基于新机理的煤堆测温仪器是新的发展方向。

基于粉煤覆盖技术对预防煤堆自燃的数值模拟

通过对煤碳储存环境特点的分析,利用FLUENT软件,选择太阳辐射加载模型、化学反应模型和P-1辐射3个基本模型对70 mm厚度粉煤覆盖下煤堆内的温度分布、氧气体积分数分布变化规律进行数值模拟。模拟结果表明:该模型可以有效预测煤堆自燃的倾向性,对覆盖70 cm厚度粉煤煤堆的温度分布和氧气体积分数分布模拟结果分析可以看出,粉煤覆盖可以一定程度上抑制煤堆内的低温氧化反应,防止煤堆自燃,因此粉煤覆盖是一种新型的防治煤堆自燃的方法。

煤堆自然发火的试验研究

针对地面煤体自燃的原因和特点 ,进行了煤堆自然发火的模拟试验 ,根据实验结果论述了煤体自热与自燃进程、温度场等的变化特征 .实验研究发现 :露天自然煤堆受环境因素影响较大 ;煤堆内部与表面温度的变化是一个动态的逆向过程 ,煤体的温升和延燃主要是向上 ;同一点的温度随时间呈幂指数规律变化 ,同一时刻不同部位的温度随其距热源的距离呈负指数规律变化 .

堆放方式对煤堆自燃升温过程的影响分析

为了研究露天煤堆自燃过程中温度的变化特征及其影响因素,在考虑风压、热压和质量扩散等驱动力的情况下建立了二维干燥煤堆传热传质数学模型,利用FLUENT软件对煤堆内部各类场信息进行分析。结果表明:干燥煤堆升温过程大致符合指数特征,在文中设置的边界条件下,高温点位于煤堆中下部,距迎风面大致3 m;煤堆高度越高,内部升温速率越快,其对升温速率的激励影响主要体现在自燃后期;放缓迎风角能降低升温速率,使高温区向迎风面移动;分粒径堆放可显著减缓煤堆升温速率。根据结论,煤堆放置应根据实际条件尽量降低煤堆高度,放缓坡迎风倾角,并将粗细粒径分区堆放,以延长安全存放时间。

煤堆自燃过程的数值模拟

煤炭自燃火灾严重影响煤炭的安全生产和储藏。本文建立了二维煤堆自燃过程的热流方程和氧气传输方程,对煤堆的自燃过程进行了数值模拟,探明了煤堆温度随时间的变化规律,分析了煤堆的不同堆放方式对煤堆传热与燃烧的影响。为煤堆自燃过程的研究提供了理论基础。

煤堆温度远程监控系统的设计与实现

为了预测煤堆自燃可能性,利用在煤堆中布设温度传感器,通过准确及时的监控煤堆温度分布与变化,从而达到预防预报煤堆自燃的目的。通过硬件设计,在地面煤堆中埋入多个ds18b20数字温度传感器,利用STC89C52单片机采集温度数据,并通过RS-485串口传回主控计算机,实现对煤堆温度的实时监测;在软件方面:采用Visual C++和数据库技术编写的上位机软件实现了温度的实时显示、曲线绘制、高温报警、数据存储、分析等功能。煤堆温度远程监控系统能够用于测量煤堆温度场分布,是预报煤堆自燃发火的有力工具。

湿煤堆自热过程的非稳态数学模拟

利用简化的自热过程一维数学模型，分析煤堆内水分变化及迁移对煤堆自热所能达到的最高温度的影响。分析结果表明：当煤堆内水蒸气达到饱和时，预计的煤堆最高温度将低于９０℃；而当煤堆中气流的相对湿度减小时，预计的煤堆最高温度将会超过１００℃。结果还表明，把气流相对湿度与煤堆含水量之间的平衡关系引入自热过程的非稳态数学模型，不仅是可行的，而且能够更客观地描述实际煤堆的自热过程。

压实防治煤堆自燃的适用性

为明确煤堆压实的适用性,使用COMSOLMultiphysics5.0数值仿真软件,建立变风速条件下不同孔隙率煤堆自热-自燃的二维数值模型,研究孔隙率(0.2~0.6)变化时煤堆在不同风速下(0.1~11.5 m/s)的最高温度,确定了不同孔隙率煤堆的自燃风速范围,比较煤堆压实前后最高温度与自然发火期变化,分析了煤堆压实的适用性.研究结果表明:随风速增加煤堆最高温度呈双指数变化;孔隙率越小自燃风速范围越宽,最小、最易、最大自燃风速与孔隙率之间具有负指数关系;压实可以对原孔隙率0.6的煤堆起到有效的保护作用,孔隙率0.5、0.4、0.3的煤堆分别在风速大于0.9 m/s、1 m/s、1.4 m/s时压实后,最高温度不降反升,自然发火期明显缩短;说明煤堆压实因煤堆孔隙率和环境风速不同存在不适用范围.

防风网对露天煤堆PM_(2.5)的减排效果评估方法

科学评价防风网的减排效果,特别是其针对PM_(2.5)的减排率,对指导防风网优化设计和防风网工程的验收具有重要意义。提出一种计算防风网对露天煤堆PM_(2.5)的减排效果新方法。采用Fluent软件计算出煤堆前的最大风速值,并代入美国国家环保局(US EPA)推荐的露天堆场扬尘排量计算公式,分别计算出设置防风网前后露天煤堆PM_(2.5)的月排放量。结果表明,开孔率为40%的平面型防风网对露天煤堆的PM_(2.5)减排率可达99.33%。为了验证该计算方法的有效性,采用其他减排效果计算方法对此煤堆进行了计算,结果显示两种方法的计算结果相一致。

重力热管对煤堆内部温度场的影响研究

针对煤堆放过程中易发生氧化放热反应,导致煤堆自燃,浪费资源、污染环境等问题,在煤堆内部插入重力热管,利用热管相变的高效导热性,及时将热量传到空气中,防止煤堆自燃。基于理论分析与Fluent软件数值模拟,研究了重力热管对煤堆内部温度场的影响,结果表明:重力热管距离热源越近,降温效果越好;重力热管插入煤堆的倾斜角度为60°时,降温效果较好;热管外侧降温效果低于热管内侧降温区域。

基于HJ-1A卫星CCD遥感影像数据的煤矿区塌陷坑积水和煤堆监测

地表塌陷积水和煤堆的识别与区分是煤矿开采区环境保护的重要工作内容。本文利用HJ-1A卫星CCD遥感影像数据,以神东矿区为例,在深入分析矿区煤堆、塌陷积水、其它水体和工矿用地等地物的光谱特征基础之上,通过波段反射率差异和归一化水体指数(NDWI)构建了矿区内煤堆和塌陷积水的遥感提取与识别决策树模型。模型分析表明,塌陷积水的NDWI指数范围为[0.02,0.13],与部分裸土/工矿用地容易混合,需要利用红光通道阈值进行剔除。煤堆与其他非水体地物都有较明显的区分但与塌陷水体较为一致,需进一步通过红色通道阈值加以区分,当阈值为0.14时研究区提取结果最佳。研究区内共提取出煤堆373个,面积4.96 km2,塌陷积水11个,面积0.51 km2。通过与2.5 m空间分辨率的SPOT卫星目视解译验证表明,本文利用HJ-1A CCD影像数据识别总精度可达97.77%,构建的决策模型适用于矿区内煤堆及水体信息的自动提取。

大型煤堆体积测量中光斑中心读取方法研究

本文介绍了大型煤堆体积检测系统的特点,并给出了基于光学三角原理实现的煤场存煤量自动检测系统的构成和工作原理。分析了影响其测量准确度的主要因素,即转台的准确度、激光光斑的大小、激光散斑的存在及CCD接收器件的分辨率。针对大范围测量时,光斑图像占用多个像素及散斑造成的光斑图像强度分布不均以致于很难读取真正的光斑中心的问题,本文提出了基于Hough变换的光斑中心读取方法。实验表明。