孔隙率和风速对煤矸石山自燃的影响

煤矸石山一般以顺沟排放和自然堆积为主,长期堆积会导致其自燃。为减小煤矸石山自燃的风险,采用Fluent软件探究孔隙率和外界风速对矸石山内部温度场分布的影响。数值模拟表明,煤矸石山自燃的孔隙率范围为0.20~0.40;孔隙率为0.20时,对应的风速是0.5 m/s,高温危险区域与斜坡面垂直距离为4.0 m;孔隙率为0.35时,对应的风速是0.01~1.8 m/s,高温危险区域与斜坡面垂直距离为2.8~7.5 m;孔隙率不变时,风速的提高会导致矸石山高温区与斜坡面的垂直距离增大;风速不变时,孔隙率的提高会导致矸石山高温区温度先升高,后降低。

矸石山矸石散体分布规律及其与渗透特性的关联研究

为探究不同矸石散体粒径对煤矸石山斜坡面渗透特性的影响,基于分形理论、柯兹尼理论和Rosin-Rammler模型,分析了煤矸石山斜坡面不同高度矸石散体的粒度组成分布函数与自然分级现象,确定了矸石散体级配参数与分形维数之间的理论关系,并结合渗透率测定试验建立了煤矸石山斜坡面高度与渗透率之间的定量关系式。结果表明:矸石散体粒径分布与其取样点的高度密切相关,中间粒径D_(50)和平均粒径D均随取样点高度的增加呈减小趋势,且中间粒径D_(50)的减小速率相对较大;矸石山斜坡面取样点距离地面的高度与矸石山整体高度的比值越大,矸石散体的级配效果越好;分维数与不均匀系数间呈正相关线性关系,而其与曲率系数之间无明显线性关系。斜坡面上部到底部的不均匀系数呈现出由平缓到陡峭的变化趋势,上部与中部的不均匀系数均大于5,且曲率系数在1.2~1.7范围内,可以确定矸石山斜坡面上、中部的散体级配相对较好;明确了渗透率k与分维数D的相互关系,分维数越小,渗透率越大。

煤矸石可燃物分子吸附CO、CO_(2)和CH_(4)气体的研究

采用密度泛函理论方法研究了煤矸石表面分子片段模型与CH_(4)、CO_(2)、CO的吸附作用,通过前线分子轨道以及电荷布局分析了煤矸石表面分子的吸附空位,进一步对气体吸附模型的结构变化和吸附性能进行了对比。研究结果表明:煤矸石表面分子片段的附位点存在于苯环周围和含氨基的侧链上,且对气体分子的吸附强弱的关系为:Coal-CO_(2)>Coal-CO>Coal-CH_(4)。通过等温吸附实验,验证了煤矸石中遗煤对CO_(2)的吸附效果最好,CH_(4)吸附效果最差。