基于Box Behnken设计的煤导热系数分析与预测

为研究分析水分、固定碳及密度3个因素对煤导热系数的影响,选取多个矿井不同煤质的煤作为实验煤样,使用NETZSCH LFA457型激光导热系数测试仪进行测定,并引入二次响应曲面试验设计思想,采用Design Expert软件进行煤质指标的Box Behnken试验设计,按设计表筛选实验数据,构建了导热系数多因素、多水平影响下二次回归响应曲面模型,并对不同采样地点的煤导热系数进行了分析与预测。结果表明:二次回归方程P值小于0.000 1,极显著,失拟项为0.072 4,不显著,回归方程具有统计学意义;当水分在0.9%~10.9%,固定碳在49.3%~83.6%,密度在1.2~1.92 g·cm^3之间,对煤的导热系数一次项影响程度为密度>固定碳>水分;二次项影响程度为固定碳和密度>水分和密度>水分和固定碳,且固定碳和密度之间存在交互作用,水分和密度、水分和固定碳之间无交互作用;应用响应曲面模型预测的煤导热系数误差为4.3%,满足精度要求。

不同变质程度煤导热系数试验分析

煤自燃不仅严重威胁着矿井的安全生产,甚至会引发火灾事故造成资源浪费和人员伤亡。煤岩体之间的热传导是引起煤自燃的关键因素之一,因此对煤岩体的传热能力开展研究是很有必要的。煤的导热系数是判定煤岩热传导能力的重要参数。在本研究中,为了分析不同变质程度煤的导热系数,探究温度和含水量对煤样导热系数的影响,在不同环境温度和含水量情况下分别测试了焦煤、长焰煤、褐煤、无烟煤和不黏煤这5种不同变质程度的煤样。采用LFA457型激光导热仪对这几种不同变质程度煤样的导热系数进行了测定。此外,应用Pearson相关系数法分析了不同煤质指标对煤样导热系数的影响规律。试验结果表明:煤样的导热系数与其变质程度呈负相关,即随变质程度的增加而逐渐减小;当温度为-50~10℃时,煤样的导热系数随着温度升高而显著升高;在10~50℃时,煤样的导热系数呈现出先缓慢增大最后趋于平稳的趋势;煤样的变质程度越低,其含水量对导热系数的影响越大;Pearson相关系数法的分析结果表明煤质指标对煤样导热系数影响的重要程度依次为灰分、固定碳、挥发分和水分。该试验研究有助于了解不同变质程度煤导热系数的影响因素及变化规律,并可进一步为煤火灾害的防治工作提供一定的理论基础。