混合气体抑制煤自燃的实验研究

为了研究混合气体(O_(2)/N_(2)和O_(2)/N_(2)/CO_(2))对煤自燃特性的影响,利用同步热分析仪、程序升温-气相色谱联用仪/红外光谱仪研究煤在混合气体下的特征温度、热效应/标志气体及官能团变化。结果表明:O_(2)/N_(2)气体氛围(简称气氛)下,随着N_(2)体积分数的增加,特征温度点滞后,TG、DTG、DSC均向高温偏移,放热量减少,燃烧阶段活化能升高,煤的最终耗氧量和CO体积分数均降低,煤中羟基增加,脂肪烃、含氧官能团、芳香烃的含量呈减少趋势;O_(2)/N_(2)/CO_(2)气氛下,随着CO_(2)体积分数的增加,特征温度点后移,放热量下降,燃烧阶段活化能减小,耗氧量、CO体积分数均降低,羟基、脂肪烃增加,含氧官能团的含量减少;当O_(2)体积分数相同时,O_(2)/N_(2)/CO_(2)混合气体中的失重率峰值、耗氧量与CO体积分数均小于O_(2)/N_(2)混合气体;-OH易被氧化发生脱水反应,煤在反应初期放热量较少,后期放热量快速增加,CO主要由-C=O生成。

硫化氢对不同煤级煤甲烷吸附影响效应研究

为探究H_(2)S在不同煤级煤体中对CH_(4)吸附特性的影响效应,利用分子模拟构建肥煤、瘦煤及贫煤3种不同煤级的复杂煤大分子结构模型,并探究H_(2)S对煤体孔隙的影响作用以及H_(2)S在煤中的吸附特性,分析不同煤级煤体中H_(2)S对CH_(4)饱和吸附量的影响作用。结果显示:煤体表面积与孔隙体积与煤变质程度有关,由大到小依次为肥煤、瘦煤、贫煤;在煤体吸附H_(2)S过程中,煤体表面及孔隙为H_(2)S提供吸附场所,且H_(2)S对贫煤孔隙率影响较为明显;在同温同压条件下,H_(2)S在同一煤体中的吸附热约为CH_(4)的1.5倍,在对CH_(4)及H_(2)S的双组分气体吸附中,煤体对H_(2)S的吸附能力大于CH_(4);煤体H_(2)S质量分数在0~1.5%变化区间内,贫煤的Langmuir吸附常数a降幅高达77.4%,肥煤及瘦煤分别为31.1%及32.6%,表明H_(2)S质量分数的变化对贫煤的甲烷吸附能力影响更显著,肥煤及瘦煤次之。

氧气浓度对含硫无烟煤自燃特性的试验研究

为研究不同氧气体积分数对含硫煤低温氧化自燃的影响,选取山西石港煤业有限责任公司14号和15号煤层煤样作为试验样品,开展不同氧气体积分数下管式炉程序升温试验。14号和15号煤样的氧气体积分数分别为21.0%和21.0%、12.2%和12.1%、10.2%和10.1%、7.1%和7.2%、5.0%和5.1%、2.9%和2.8%,共6个组别,并联用气相色谱仪分析气体成分。研究了不同氧气体积分数下14号煤样与15号煤样在低温氧化阶段CO气体与特征温度变化规律。通过计算不同氧气体积分数、不同温度时刻的耗氧速率和放热强度,分析了耗氧速率、放热强度与温度之间的对应关系,并对氧气体积分数为21%时14号煤样与15号煤样耗氧速率和放热强度进行拟合。计算出不同氧气体积分数下14号煤样与15号煤样低温氧化表观活化能,分析了氧气体积分数与表观活化能之间的关系,根据煤自燃临界温度及表观活化能变化特性得出了14号煤样与15号煤样的自燃临界氧气体积分数值。结果表明:在试验测试范围内(氧气体积分数2.8%~21.0%,温度30~300℃),提高氧气体积分数有助于14号煤样与15号煤样氧化发展,降低氧气体积分数则抑制其发展,14号煤样的自燃倾向性大于15号煤样,14号和15号煤层自燃临界氧气体积分数分别为5.0%和7.2%;氧气体积分数恒定时,CO释放量、耗氧速率及放热强度均随温度升高而增大,符合指数函数变化规律,同一组别的14号煤样各温度点的CO释放量、耗氧速率及放热强度均大于15号煤样,表观活化能和自燃临界温度则小于15号煤样;温度恒定时,随着氧气体积分数的降低,CO释放量、耗氧速率及放热强度减小,表观活化能和自燃临界温度增大;耗氧速率、放热强度随温度变化的拟合曲线及自燃临界氧气体积分数值可为采空区煤自燃特性数值模拟及自燃危险区域划分提供重要参量。

多因素对液态CO_(2)冻融致裂煤体的影响试验研究

为研究多因素耦合对液态CO_(2)冻融致裂煤体的影响,采用自主研发的液态CO_(2)冻融致裂试验装置,利用核磁共振测试技术,测定不同影响因素下液态CO_(2)冻融致裂后煤体的孔隙度,分别研究液态CO_(2)冻结时间(t)、冻融循环次数(n)和煤体含水饱和度(W)对煤体孔隙度(φ)的影响;采用响应曲面法设计试验,构建φ与t、n和W的二次回归响应曲面模型,分析t、n和W单独及耦合作用时对φ的敏感程度及影响特征,并预测优化与验证不同影响因素下的φ。结果表明:随着t的延长和n的增多,φ呈指数函数关系变化,随W的增大,φ呈线性关系增加;影响因素t、n和W均为φ的极显著项(显著性判别值P<0.01),对φ影响的主次关系为:n>W>t。交互项nt交互作用极显著,nW交互作用次之,Wt交互作用不显著,对φ影响的主次关系为:nt>nW>Wt。模型预测当t、n和W分别为57 min、19次、96%时,φ达到最大值(9.47%),4组试验值与模型预测值平均误差为2.98%,所测φ平均值为9.58%,φ较优化之前(8.94%)提高了7.16%。

基于Box-Behnken设计的CO_(2)防灭火数值模拟

为研究分析不同位置下注CO_(2)、不同注CO_(2)流量及不同温度CO_(2)对防灭火的影响,选取阳煤五矿8406工作面为研究对象,在数值模拟基础上,采用Design Expert软件进行BoxBehnken试验设计,构建了采空区氧化带最大宽度在三因素、三水平条件下的二次回归响应曲面模型,并对不同条件下采空区氧化带最大宽度进行了预测与分析。结果表明:氧化带最大宽度随注CO_(2)流量增加而降低,随CO_(2)注入温度增加而增加;二次回归方程显著性判断值P<0.0001,极显著,失拟项为0.2537,不显著;当注CO_(2)位置在20~40 m,注CO_(2)流量在720~1080 m^(3)/min,注CO_(2)温度在278~288 K之间,对氧化带最大宽度一次项重要度排序为注CO_(2)流量>注CO_(2)温度>注CO_(2)位置;二次项重要度排序为注CO_(2)位置和注CO_(2)流量>注CO_(2)位置和注CO_(2)温度>注CO_(2)流量和注CO_(2)温度,且注CO_(2)位置、注CO_(2)流量和注CO_(2)温度间均无交互作用;最优参数设置为:注CO_(2)位置为30 m,注CO_(2)流量为900 m^(3)/min,注CO_(2)温度为283 K。

装配式建筑施工安全管理模式探讨

相较于传统的现浇式建筑施工方式,装配式建筑的工业化施工流程和施工工艺导致其安全管理模式发生根本性变化。文章基于对装配式和传统现浇式建筑施工流程、施工特点的对比分析,总结装配式建筑施工安全管理特点;同时,对装配式建筑施工不同阶段的工艺流程及危险源进行分析,得出各阶段的安全管理要点;继而提出一系列有针对性的安全管理措施,为推进我国装配式建筑施工安全管理的发展提供思路。

回采工作面温度场分布规律的数值模拟

从守恒原理出发 ,导出了描述矿井回采工作面风流紊流流动和温度分布的微分方程 .通过对矿内风流流动及热力过程的理论分析和现场实测 ,系统地开展矿内风流流场和风流温度场的分布规律及其耦合作用机理的理论分析研究 ,通过数值模拟 ,初步得出了矿井回采工作面风流温度与各种参数的变化规律 :回采工作面风流温度随风速提高呈负幂函数规律降低 ,随入风流温度升高呈线性升高 。

圆形管道风速测定与校正方法实验

针对通常所用的风速传感器只能监测某一点的风速,不能准确监测断面平均风速的问题,采用实验室研究测试和数值分析的方法,对圆形断面风速分布进行研究.根据断面中垂线上18个点的实测风速值,得出通过中垂线上某一点风速求该断面平均风速的校正系数.经验证,利用该风速校正系数能得出较为精确的断面平均风速值,为风速传感器的校正提供了一种技术途径.

以着火活化能变化为指标的优选煤自燃阻化剂研究

为解决目前煤矿阻化剂防灭火时存在的许多煤矿使用同一种阻化剂但是效果不同、达不到理想效果的问题,采用热重(TG)试验和热解动力学方法,以天池矿102工作面的煤样为例,对煤在3种阻化剂阻化前后进行TG试验。将煤氧化自燃过程分为失水失重、氧化增重和燃烧失重3个阶段,并将煤氧化增重阶段的活化能定义为煤的着火活化能,计算煤样氧化3个阶段的活化能。采用以煤阻化前后的着火活化能的变化为评价指标的阻化剂优选方法,优选出适用于天池煤矿的阻化剂。结果表明:阻化剂主要在煤低温氧化阶段起阻化作用,能使煤的失水活化能和着火活化能显著提高;对燃烧活化能几乎无影响;不同阻化剂对煤氧化3个阶段的活化能影响差异较大。

掘进巷道风流温度分布规律的数值模拟

根据紊流状态下的守恒原理 ,导出了描述掘进巷道风流紊流流动和温度分布的微分方程。通过对矿内风流流动及热力过程的理论分析及现场实测 ,系统地开展矿内风流流场和风流温度场的分布规律及其耦合作用机理的理论分析与研究 ,并利用PHOENICS程序进行数值模拟 ,初步得出了矿井掘进巷道风流温度与各种参数的变化规律。掘进巷道风流温度随风速提高呈负幂函数规律降低 ,随入风流温度升高而线性升高。

低透煤层水力压裂促进瓦斯抽采模拟与试验研究

针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、工作量大、效率低等问题,采用水力压裂技术促进煤层瓦斯抽采。在多场耦合和弹性损伤理论基础上,建立煤层损伤-应力-渗流耦合模型,数值模拟马堡煤矿15108工作面水力压裂及瓦斯抽采过程,分析煤层弹性模量、渗透率和瓦斯压力的变化规律,确定压裂和抽采关键参数,并据此开展工程试验,对模拟结果进行验证。结果表明:高能压裂液能使煤层破裂,渗透率急剧升高,加快瓦斯向抽采钻孔运移;随着压裂时间增加,压裂损伤范围逐渐扩大;模拟得出水力压裂10 000 s时,2个压裂孔间的损伤区在抽采孔处贯通,压裂损伤范围达14 m;现场压裂试验后,瓦斯抽采平均和最高纯量分别达到63.79和126.57 m3/d,是未压裂的9.65倍和7.23倍,透气性升高了67倍。

井下液态CO_2爆破增透工业试验研究

为了增加煤层透气性、提高瓦斯抽采效率,选取七台河矿区进行液态CO2爆破煤层增透工业试验。研究液态CO2爆破过程中主管内高压气体P-T曲线,考察不同地应力下的液态CO2爆破有效影响半径和煤层透气性系数,监测爆破前后瓦斯抽采参数。试验结果表明：采用压缩气体与水蒸气容器爆破方法计算液态CO2爆破的当量为180 g TNT;爆破后瓦斯抽采浓度提高3.16倍,瓦斯抽采混合流量提高1.71倍;煤层液态CO2爆破有效影响半径随地应力的增加近线性减小,随爆破压力的增加非线性增加,确定液态CO2爆破时最佳爆破压力范围160-280 MPa;爆破前后对比,煤层透气性系数提升17.49-22.76倍。井下煤层液态CO2爆破技术的实施,有助于降低爆破成本、提高增透效果和瓦斯抽采利用率。

天池矿102综放孤岛工作面控制风量防灭火技术研究

为了防治天池煤矿15#煤层102综放孤岛工作面采空区煤炭自然发火,对工作面实际供风量40.0 m3/s时进行了现场监测,并基于采空区自燃"三带"划分标准和数值模拟的方法,采用流体力学COMSOL计算软件,研究了工作面不同进风量时采空区氧化升温带的变化规律,确定了氧化升温带的范围,并得到了工作面供风量与氧化升温带宽度的拟合曲线。研究结果表明,"U+I"型102工作面采空区自然发火主要是由采空区漏风引起的;氧化升温带宽度随着工作面供风量的增加而增加;现场监测与数值模拟的采空区"三带"变化规律吻合较好;当工作面供风量为40.0m3/s时,既能有效抽排瓦斯,又能有效预防采空区煤炭自然发火。在102综放孤岛工作面的现场实践表明,运用控制风量防灭火技术防治天池煤矿采空区遗煤自燃是可行的。

煤层液态CO_2爆破增透促抽瓦斯技术研究

为增加煤层透气性，提高瓦斯（甲烷）抽采效率，基于损伤力学和空气动力学，研究液态CO2爆破的原理，分析爆破过程中爆破器主管内高压气体的压力时程变化。采用FLAC^3D数值软件，建立煤层液态CO2爆破有限差分本构模型，计算不同地应力下单孔爆破有效影响半径，数值模拟多孔连续爆破。模拟结果表明，单孔爆破有效影响半径随着地应力的增加近线性减小；有控制孔时多孔爆破影响范围明显大于无控制孔时。在井下进行液态CO2爆破工业试验。其结果是，爆破后煤层透气性系数提高17．49～22．76倍，平均瓦斯抽采浓度和混合气体流量分别增加56．4％和42．8％。

高瓦斯矿发火区封闭时对瓦斯爆炸界限因素的影响

针对高瓦斯矿发火区封闭时常发生瓦斯爆炸事故,对影响瓦斯爆炸界限的因素进行实验,探索温度、压力、可燃气体(CO)、惰性气体(N2和CO2)等条件对瓦斯爆炸界限的影响规律。得出常温常压下瓦斯爆炸的体积分数下限为5%,瓦斯爆炸上限为13.5%,以及CO2的惰化效果比N2更好的结论。根据实验数据绘制混合气体的爆炸三角形,并进行新的惰化分区划分,不仅为火区封闭时防治瓦斯爆炸提供新的技术途径,而且能计算出使火区惰化时,所需惰性气体量,可对这些因素进行合理控制,有效地降低瓦斯爆炸危险性。

不同变质程度煤燃烧阶段链烃生成规律

为研究封闭火区内不同煤种生成气体组分及变化规律,选取平庄矿褐煤、王营矿气煤、朱仙庄矿焦煤和马堡矿瘦煤为试验煤样,通过热重确定了煤燃烧阶段的温度范围。采用双管电炉自制程序升温燃烧试验对4种不同变质程度的煤进行燃烧,对生成的链烃初现温度、体积分数及氧浓度变化规律进行了分析。研究结果表明：褐煤、气煤、焦煤和瘦煤燃烧阶段温度分别为247~433,279~542,313~574和333~618℃;煤变质程度越高,则其生成链烃气体的体积分数越小且耗氧量越大。当发生火灾事故且封闭火区后,可以综合考虑煤变质程度与火区监测的链烃生成量等因素,并根据链烃气体与温度的变化规律判定封闭火区火势发展状况,为进一步开展灭火奠定基础。

褐煤燃烧阶段烃生成规律研究

为研究煤矿火灾时期烃生成规律,对褐煤进行热重分析和管式炉程序升温实验,得到不同温度下CH4,C2H6,C3H8,C2H4,C2H2及O2的体积分数。结果表明：褐煤燃烧阶段温度为247-433℃;CH4体积分数在348℃达到最大值,耗氧量及C2H6,C3H8,C2H4,C2H2体积分数在399℃达到最大值;CH4,C2H4,C3H8体积分数及耗氧量与温度呈近线性关系;C2H6,C2H2体积分数与温度呈指数关系;随着温度升高,（C2H6＋C3H8）/（CH4＋C2H6＋C3H8）比值升高,CH4/（CH4＋C2H6＋C3H8）比值、CH4/（C2H6＋C3H8）比值均降低,C2H6/CH4,C2H2/CH4和C3H8/C2H6比值与温度呈指数关系变化,可以作为预测火区燃烧状态判定指标。

高瓦斯特厚煤层下分层千米钻孔瓦斯抽采技术

针对高瓦斯特厚煤层开采上分层时工作面瓦斯频繁超限的问题，依据上分层开采时，下分层在采动应力作用下的破坏程度及卸压瓦斯运移规律，以亭南煤矿205 工作面为试验背景，对下分层千米钻孔瓦斯抽采进行研究。采用理论计算和FLAC3D 数值模拟，确定下分层塑性破坏最大深度约为13 m，千米定向钻孔布置的最佳区域在工作面底板以下6~9 m。通过对不同位置千米钻孔在工作面推进过程中的瓦斯抽采量进行现场监测，结果表明，6~9 m 的千米钻孔抽采效果最为明显，钻场瓦斯抽采量随工作面推进成指数上升，最终增长到68%左右。千米钻孔瓦斯抽采技术实现了对高瓦斯特厚煤层下分层卸压瓦斯长时间、高浓度抽采。

井巷围岩与风流的不稳定换热

通过对矿内风流与巷壁换热过程的理论分析,得出了围岩与风流的不稳定对流换热系数的解析式、理论解和实用式,导出了风流温度变化和围岩调热圈的计算方法。通过兖州东滩矿4306运顺掘进巷道风流与围岩换热的进行现场实测和分析计算,得出了掘进巷道围岩调热圈与掘进时间呈平方跟关系变化、不稳定换热系数随掘进时间呈负幂指数变化的规律。

褐煤燃烧阶段碳氧化物生成规律研究

为研究褐煤燃烧阶段碳氧化物生成规律,以平庄瑞安褐煤为例,用自制程序升温系统完成褐煤燃烧实验,得到煤样燃烧阶段不同温度下煤样下游混合气体中的CO,CO2及O2体积分数,计算耗氧速率,CO与CO2生成速率以及格雷哈姆系数的3种形式R1,R2和R3的值。研究结果表明：温度为250~399℃时,耗氧量、CO2体积分数、耗氧速率、CO2生成速率和R1值均随着温度的升高而增大;CO体积分数、CO生成速率和R2值在250~348℃时随温度的升高而增大,到348℃时开始下降;R3值与温度之间呈指数关系递减;整个燃烧阶段,R1值和R3值变化显著,R2值变化不大,说明格雷哈姆系数可作为预测褐煤燃烧状态的指标。