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超声处理辅助粉煤灰浸出钙离子矿化CO_(2)及其产物防灭火特性 被引量：1
1
作者 史全林 秦波涛 孙永江 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1034-1046,共13页
利用粉煤灰浆液矿化捕集CO_(2),并利用矿化浆液防控采空区煤自燃,能够实现减污降碳与灾害治理的双重效果。针对当前粉煤灰矿化CO_(2)过程钙离子浸出速率慢、矿化量小等问题,提出利用超声波加速粉煤灰浸出钙离子、强化粉煤灰矿化CO_(2)... 利用粉煤灰浆液矿化捕集CO_(2),并利用矿化浆液防控采空区煤自燃,能够实现减污降碳与灾害治理的双重效果。针对当前粉煤灰矿化CO_(2)过程钙离子浸出速率慢、矿化量小等问题,提出利用超声波加速粉煤灰浸出钙离子、强化粉煤灰矿化CO_(2)效能的思路,利用离子色谱仪研究低钙粉煤灰和高钙粉煤灰浆液中钙离子的浸出规律,采用低温N2吸附法和SEM-EDS技术分析超声波对粉煤灰颗粒结构的改变作用,借助CO_(2)吸附与矿化反应实验系统测定超声波对粉煤灰矿化CO_(2)的强化效果,探究超声波强化粉煤灰钙离子浸出的原理。试验结果表明:粉煤灰直接浸出Ca^(2+)速率十分缓慢,直至30 d达到浸出平衡;经过超声波强化处理后,30 min时Ca^(2+)浓度即可达到静置状态30 d时的浸出水平,表明超声波显著提高了粉煤灰Ca^(2+)的浸出速率。此外,经过超声波强化处理后,低钙和高钙粉煤灰的比表面积分别增加了23.71%和184.71%,表明超声波的空化效应能够破坏粉煤灰颗粒之间的聚集和粘附,使得颗粒被细化、孔隙结构发育,促进了粉煤灰与水之间的Ca^(2+)浸出等传质过程;矿化试验结果表明:低钙和高钙粉煤灰经超声波处理改性后,与未处理的原始粉煤灰相比矿化量分别增长了410%和22%,达到7.66 g/kg和82.02 g/kg,表明超声波增强了粉煤灰对CO_(2)的矿化效果。在此基础上,利用粉煤灰浆液矿化CO_(2)产物防控采空区煤自燃,与原始粉煤灰处理煤样的放热量相比,矿化产物处理煤样的放热量分别降低3.32%和14.24%,表明矿化产物具有更优异的煤自燃抑制特性。 展开更多
关键词 煤自燃 粉煤灰 矿化 超声波 强化
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惰气氛围影响煤中活性基团氧化反应的试验和模拟研究
2
作者 高飞 白企慧 +2 位作者 周西华 白刚 张勋 《煤炭学报》 北大核心 2025年第9期4361-4372,共12页
为了研究惰气氛围对煤中活性基团氧化的影响规律及惰化机理,以水峪(SY)烟煤和模型化合物为研究对象,采用程序升温和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)试验与量子化学计算相结合的方法,从试验和模拟2个方面比较惰气对煤中不同活性基团氧化抑制... 为了研究惰气氛围对煤中活性基团氧化的影响规律及惰化机理,以水峪(SY)烟煤和模型化合物为研究对象,采用程序升温和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)试验与量子化学计算相结合的方法,从试验和模拟2个方面比较惰气对煤中不同活性基团氧化抑制效果的差异,并揭示CO_(2)和N_(2)对煤中活性基团与O_(2)反应的惰化机理。结果表明:CO_(2)相比N_(2)能更加有效地惰化煤中活性官能团的氧化反应,减少煤中含氧官能团的生成。温度越高,2种气氛对活性基团氧化反应的惰化效果越趋于一致,2种气氛对含氧官能团氧化过程的惰化效果差异较大,对脂肪烃氧化过程的惰化效果差异较小。CO_(2)和N_(2)均会降低基团中活性H原子的反应活性,改变个别活性基团亲核反应活性位点的位置,并且CO_(2)降低活性H原子反应活性的效果比N_(2)更显著。其中,N_(2)对烷烃与O_(2)发生化学吸附的影响较大,而CO_(2)对含氧官能团与O_(2)发生化学吸附的影响较大。2种气氛无论是抑制还是促进活性基团的氧化反应,CO_(2)与活性基团相互作用后的体系发生氧化反应的可能性相比于N_(2)均更低,放热量均更小。惰气种类对含氧官能团与O_(2)发生化学吸附和氧化反应的影响较为显著,对脂肪烃的影响较小。因此,CO_(2)和N_(2)对煤自燃惰化效果的差异与煤中官能团的种类和温度密切相关,在煤矿井下惰性气体防火技术中,应根据煤中官能团的种类、组成和现场温度综合评定惰气种类。 展开更多
关键词 惰气氛围 煤氧化 活性基团 抑制效果 惰化机理
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pH值对高地温环境中煤自燃氧化行为及微观结构的影响
3
作者 潘荣锟 袁纪为 +2 位作者 汪志国 胡代民 晁江坤 《煤矿安全》 北大核心 2025年第10期1-13,共13页
为研究矿井水的pH值对高地温矿井中煤自燃氧化行为及微观结构的影响,采用平顶山矿区的长焰煤,通过低温氧化测试系统和Vertex 70v红外光谱仪,分析低温氧化阶段衍生气体的产气规律和煤样中活性基团的分布特征,并运用采集数据计算氧化特性... 为研究矿井水的pH值对高地温矿井中煤自燃氧化行为及微观结构的影响,采用平顶山矿区的长焰煤,通过低温氧化测试系统和Vertex 70v红外光谱仪,分析低温氧化阶段衍生气体的产气规律和煤样中活性基团的分布特征,并运用采集数据计算氧化特性参数和官能团结构参数,揭示了高温和酸碱度协同作用对煤自燃特性产生影响的微观机制。研究结果表明:地温上升和水溶液酸性增强均能促进煤样氧化性,碱性水溶液浸泡会抑制其氧化性,且抑制的程度随着地温的升高变得越来越深,相同酸碱度水溶液浸泡下,地温升高可加快耗氧速率差异点的出现;煤样受热浸泡后,-CH含量较原煤均有下降,而-CH_(3)和-CH_(2)的含量呈现出了增加的趋势,煤样含氧官能团含量在酸性和碱性溶液中浸泡后分别呈现出上升和下降趋势,其中-OH增幅最为显著;煤样中‘C’值和I值除40℃&pH=8煤样有所下降外,其余均较原煤增长,且‘C’值的增幅随溶液酸性增强而增大,随地温变化不明显,-CH_(2)与-CH_(3)含量的比值与溶液酸性和温度均呈正相关关系。根据实验结果推断,认为芳香环与水在酸性环境下会反应生成羟基,羰基氧化生成羧基,含氧官能团增多,氧化活性增强;而酚羟基与氢氧根在碱性环境下会反应生成水和氧负离子,羧基与氢氧根反应生成羧酸根和水,含氧官能团消耗,氧化活性降低。 展开更多
关键词 煤自燃 PH值 高地温 水浸煤 活性基团 微观机制
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硬度对采空区遗煤氧化速率的影响
4
作者 秦跃平 徐晨昕 +4 位作者 徐懿 王煊 韩雪 陈逸涵 宁晗 《黑龙江科技大学学报》 2025年第1期6-13,共8页
为研究煤层硬度对采空区遗煤的粒度和耗氧速率的影响,通过煤的程序升温氧化实验,拟合了不同粒径下煤样耗氧速率与温度的关系式,得到了指前因子与平均粒径的关系曲线。通过开展坚固性系数测定实验,得到了坚固性系数与冲击后煤样的粒径分... 为研究煤层硬度对采空区遗煤的粒度和耗氧速率的影响,通过煤的程序升温氧化实验,拟合了不同粒径下煤样耗氧速率与温度的关系式,得到了指前因子与平均粒径的关系曲线。通过开展坚固性系数测定实验,得到了坚固性系数与冲击后煤样的粒径分布,分析了煤样坚固性系数与指前因子的关系。结果表明:煤样的指前因子随粒径增大而减小,遗煤粒度不同,其氧化速率也不同;冲击后混合煤样的指前因子与单一粒径煤样中的指前因子的比值随坚固性系数的增大而减小,采空区遗煤自燃的危险性需要考虑其硬度这一关键指标。 展开更多
关键词 煤自燃 升温氧化 硬度 耗氧速率 粒度
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孙疃1/3焦煤氧化过程中的放热特性与官能团研究
5
作者 秦汝祥 叶峰 +3 位作者 陈国栋 马英杰 操俊杰 沈涛 《山西能源学院学报》 2025年第5期18-21,共4页
针对孙疃1/3焦煤低温氧化过程中的放热特性及其关键产热官能团作用机制问题,通过TG-DSC实验与傅里叶红外光谱测试,探讨了不同粒径条件下煤样的氧化阶段演化规律、产热特性及官能团动态变化特征。研究结果表明:低温氧化过程呈现蒸发脱附... 针对孙疃1/3焦煤低温氧化过程中的放热特性及其关键产热官能团作用机制问题,通过TG-DSC实验与傅里叶红外光谱测试,探讨了不同粒径条件下煤样的氧化阶段演化规律、产热特性及官能团动态变化特征。研究结果表明:低温氧化过程呈现蒸发脱附、氧化分解和吸氧增重三阶段特征,其中蒸发脱附与吸氧增重阶段为主要产热区间;粒径差异显著影响煤样质量变化的分段特性,小粒径煤样更易进入深度氧化状态;羟基官能团对蒸发脱附阶段放热影响较大,而脂肪烃基团在吸氧增重阶段放热影响最为显著。该发现为煤自燃防控中关键活性官能团的靶向抑制提供了理论依据。 展开更多
关键词 煤自燃 1/3焦煤 官能团 傅里叶红外光谱 放热特性
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工作面风量对采空区自燃“三带”宽度与位置变化影响研究
6
作者 秦汝祥 马英杰 +1 位作者 赵兴国 沈涛 《华北科技学院学报》 2025年第5期38-46,共9页
为了研究工作面风量对采空区自燃“三带”分布的影响,以煤低温氧化过程特性确定了判定采空区自燃三带的临界氧浓度,并以袁店一矿823采煤工作面为研究对象,现场实测了采空区自燃三带范围。为探讨工作面风量变化对采空区自燃三带的影响,... 为了研究工作面风量对采空区自燃“三带”分布的影响,以煤低温氧化过程特性确定了判定采空区自燃三带的临界氧浓度,并以袁店一矿823采煤工作面为研究对象,现场实测了采空区自燃三带范围。为探讨工作面风量变化对采空区自燃三带的影响,构建了采空区漏风条件下,在与COMSOL软件构建模型印证统一性后,模拟了不同风量与采取封堵措施下采空区自燃“三带”分布特征,结果表明:随着工作面风量增加,采空区氧化带分布范围向深部蔓延,氧化带宽度增宽,且存在一个临界风量1734 m^(3)/min,当风量超过临界风量时,采空区氧化带宽度增长更为明显;采取封堵措施后,采空区氧化带分布范围明显降低,随着封堵挡墙长度增加,采空区氧化带的宽度随之减小,考虑现场实际方面,得出封堵挡墙的长度为20 m。 展开更多
关键词 风量 采空区 自燃“三带” 数值模拟
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姚桥煤矿7#煤层氧化升温特征研究
7
作者 祝琳 吴奎斌 刘永 《山东煤炭科技》 2025年第5期71-75,96,共6页
姚桥煤矿主采煤层7#煤层自燃风险较大,为提高煤自燃防控的针对性,通过煤自燃特性测试仪测定煤样升温过程中各指标气体浓度,探究煤层开采过程中工作面不同位置处遗煤的自然发火规律。实验结果表明:70℃时CO气体已经出现,煤体已开始了缓... 姚桥煤矿主采煤层7#煤层自燃风险较大,为提高煤自燃防控的针对性,通过煤自燃特性测试仪测定煤样升温过程中各指标气体浓度,探究煤层开采过程中工作面不同位置处遗煤的自然发火规律。实验结果表明:70℃时CO气体已经出现,煤体已开始了缓慢氧化,当温度达到125℃以上时,CO显著增多,标志着煤氧化过程达到加速氧化阶段;C_(2)H_(4)在100℃开始出现,其生成量随煤温的上升整体呈递增关系,C_(2)H_(2)在200℃实验温度范围内没有出现,一旦有C_(2)H_(2)则表明煤已经发生剧烈的化学反应。通过实验结合现场经验构建了煤自燃分级预警体系,以CO作为煤层发火早期指标性气体,C_(2)H_(4)、C_(2)H_(2)作为辅助指标气体来判断煤炭发火情况。 展开更多
关键词 煤自燃 工作面位置 氧化升温 指标气体
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综放工作面动态注氮参数研究及数值模拟
8
作者 蔡峰 李华琛 封居强 《华北科技学院学报》 2025年第1期40-47,共8页
针对目前防灭火注氮工程中存在的资源浪费、效率低等问题,本文提出了一种动态注氮的防灭火方法。围绕朱仙庄矿884工作面,开展采空区自燃“三带”测定,通过连续监测束管数据获得氧气浓度。依据氧气浓度含量,利用Fluent模拟软件构建计算模... 针对目前防灭火注氮工程中存在的资源浪费、效率低等问题,本文提出了一种动态注氮的防灭火方法。围绕朱仙庄矿884工作面,开展采空区自燃“三带”测定,通过连续监测束管数据获得氧气浓度。依据氧气浓度含量,利用Fluent模拟软件构建计算模型,模拟不同注氮位置和注氮流量对自燃“三带”分布的影响,确定动态注氮工艺参数。结果表明:注氮位置在进风侧距离工作面30~60 m,注氮量为440~500 m^(3)/h时,动态注氮防灭火效果最佳,效益最好。 展开更多
关键词 动态注氮 采空区防灭火 综放开采 数值模拟 自燃“三带”
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西蒙矿区深部开采煤自燃特性及预测方法研究 被引量：3
9
作者 马砺 高文博 +3 位作者 拓龙龙 张鹏宇 郑州 郭睿智 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第2期33-43,共11页
【目的】鄂尔多斯盆地西蒙矿区深部开采煤层受地应力高、涌水量大、漏风严重等复杂环境条件影响,煤自燃危险性增强,自燃预测难度大。【方法】选取该矿区营盘壕和石拉乌素煤矿的煤样开展自燃程序升温实验,测定不同含水率、不同硫质量分... 【目的】鄂尔多斯盆地西蒙矿区深部开采煤层受地应力高、涌水量大、漏风严重等复杂环境条件影响,煤自燃危险性增强,自燃预测难度大。【方法】选取该矿区营盘壕和石拉乌素煤矿的煤样开展自燃程序升温实验,测定不同含水率、不同硫质量分数条件下的煤自燃特征参数,结合工业分析等煤质参数建立预测数据库,采用冠豪猪优化算法(CPO)对随机森林(RF)超参数进行优化,建立CPO-RF模型预测煤自燃程度。【结果和讨论】结果表明:营盘壕和石拉乌素矿井煤样氧化升温过程中的气体浓度、耗氧速率变化规律相似,CO为主要指标气体,初现温度约30℃,气体产生量随着硫质量分数的增加而增大,随着水分质量分数的增加则呈现先减后增的动态变化规律,煤自燃临界温度为67.5~70.5℃,干裂温度为113.5~115.4℃。通过CPO算法高效的全局搜索能力自动寻得RF模型的最优树深度与树个数,避免了设置不当导致的局部最优解,增强了其泛化性与鲁棒性;所构建的CPO-RF模型能够有效提高煤自燃预测的精度,测试集预测温度与真实值重合度良好,平均绝对误差和均方根偏差分别为0.762℃和1.014,决定系数达到0.9994。CPO-RF模型所预测结果与煤自燃特征温度对比,能够实现煤自燃危险性的高效判别,据此可以采取针对性的防灭火方法,研究结果可为矿区深部开采煤自燃预防提供参考。 展开更多
关键词 西蒙矿区 深部开采 自燃特性 随机森林 CPO优化 煤温预测
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采空区球体组装模型与多孔介质流动压损预测 被引量：2
10
作者 陈方兴 郝小礼 +3 位作者 陈世强 李轶群 李石林 鲁义 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期233-242,共10页
快速预测采空区内部流动损失,一直是煤矿精准防灭火的关键问题。围绕采空区多孔介质流动,提出球体组装的采空区多孔介质物理模型,结合模型几何特征,找到流动的最小体元,并划分出该流动的4个阶段。基于纳维-斯托克斯(N-S)方程,建立表观... 快速预测采空区内部流动损失,一直是煤矿精准防灭火的关键问题。围绕采空区多孔介质流动,提出球体组装的采空区多孔介质物理模型,结合模型几何特征,找到流动的最小体元,并划分出该流动的4个阶段。基于纳维-斯托克斯(N-S)方程,建立表观速度、球径、动力黏度、流体密度与压损的关系式,得到4个阶段的压损计算式,进一步,采用时间比重的加权方法,建立了单位长度压损模型JT/L,符合Forchheimer方程形式。应用该模型预测了压损数值,对比了数值模拟结果和Ergun方程的预测值,结果表明:对数值模拟结果的影响,相比出入口效应,发现边壁效应更大,经优化确定模型为16×7的多球组装体接枝组合;对于该接枝组合内的多孔介质流动,在层流和近层流时,Ergun预测值与数值模拟结果的相对误差小于8%;引入孔隙率为0.375的多孔介质试验数据,开展无量纲分析,验证了数值模拟结果的可靠性,但是,单位长度压损模型JT/L预测值的误差最大值达69.9%,实为将N-S方程简化成一维而引起的;定义修正系数K,表征三维流动的影响,雷诺数(R_(e))低于10,K=2.84,雷诺数为10~3000时,K=6.56R_(e)^(-0.334);最终,得到了拟三维的JT'/L计算模型,当雷诺数低于10,预测值的误差小于6%,在雷诺数10~3000范围内,误差低于10%。结论表明,基于球体组装模型的采空区拟三维多孔介质流动压损计算模型,可快速预测出雷诺数不超过3000的单位长度压损,有助于科学指导采空区精准防灭火的工程实践。 展开更多
关键词 压力损失 多孔介质模型 时间比重 边壁效应 修正系数
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新集一矿无煤柱开采采空区群漏风检测及防治技术 被引量：1
11
作者 吴祖玉 唐明云 +2 位作者 高世强 骆鑫 方领 《工矿自动化》 北大核心 2025年第4期160-168,共9页
针对无煤柱开采Y型通风工作面采空区与相邻采空区漏风自燃问题,采用能位测定和示踪技术相结合的方法,对新集一矿360606工作面采空区群各密闭墙漏风进行检测。结果表明:3608(06)采区进风系统的能位高于回风系统,360606工作面采空区与上... 针对无煤柱开采Y型通风工作面采空区与相邻采空区漏风自燃问题,采用能位测定和示踪技术相结合的方法,对新集一矿360606工作面采空区群各密闭墙漏风进行检测。结果表明:3608(06)采区进风系统的能位高于回风系统,360606工作面采空区与上覆采空区和其相邻采空区均存在漏风通道,-550 m西翼胶带石门(北)密闭墙是主要漏风源,-415 m西大巷密闭墙、-415 m辅助回风上山密闭墙、-415 m井底车场绕道密闭墙、360608运输巷密闭墙、360606回风隅角和360606工作面柔模墙取气孔为漏风汇。根据360606工作面及其与相邻采空区漏风通道的特点,提出注氮灌浆堵漏、设置风帘等防治措施。应用结果表明:针对360606工作面采空区漏风进行综合防治后,沿空留巷与回风侧采空区CO及O_(2)浓度均处于正常范围,有效控制了360606工作面采空区漏风,保障了360606工作面的安全生产。 展开更多
关键词 煤自燃 采空区漏风 漏风防治 能位测定 示踪技术 漏风源 漏风汇
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粉煤灰直接湿法矿化封存CO_(2)机制及关键影响因素优化研究
12
作者 王胜涛 唐佳旭 +6 位作者 杨宁 王青祥 王石林 曹旭强 张新泉 宋小林 马驰骋 《煤矿安全》 北大核心 2025年第7期47-56,共10页
为了提升粉煤灰的CO_(2)封存效率,促进粉煤灰在CO_(2)矿化封存与防灭火工程的资源化利用,对粉煤灰矿化反应条件及添加剂配比进行了优化研究。采用直接湿法矿化技术,构建了气-液-固三相反应体系,通过正交试验设计系统考察水灰比、反应时... 为了提升粉煤灰的CO_(2)封存效率,促进粉煤灰在CO_(2)矿化封存与防灭火工程的资源化利用,对粉煤灰矿化反应条件及添加剂配比进行了优化研究。采用直接湿法矿化技术,构建了气-液-固三相反应体系,通过正交试验设计系统考察水灰比、反应时间、气体流量对矿化效率的影响,并通过极差分析与方差分析确定主次因素及最优参数组合,进而评估不同条件对矿化性能的影响程度及主次顺序;引入Na_(2)CO_(3)、NaCl、NaOH、NaHCO_(3)等添加剂(浓度0.5 mol/L),通过单因素试验筛选最优配方;矿化产物的物相组成与微观形貌通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征,结合热重分析(TGA)定量评估CO_(2)封存量;灭火性能试验通过模拟煤堆自燃场景,监测温度及CO体积分数变化,验证材料的实际灭火效果。结果表明:矿化条件优化方面,水灰比4∶1、反应时间45 min、气体流量150 mL/min时,CO_(2)封存量达57.75 kg/t,显著优于其他组合;添加剂优选试验中,0.5 mol/L Na_(2)CO_(3)效果最佳,其通过提高液相CO_(3)^(2-)浓度并维持碱性环境,促进CaCO_(3)生成;而NaCl因增加CaCO_(3)溶解度抑制沉淀,NaOH因强碱性环境导致方解石晶粒尺寸减小,均降低矿化效率;XRD与SEM表征证实,矿化后粉煤灰中波特兰石(Ca(OH)_(2))与生石灰(CaO)衍射峰消失,方解石(CaCO_(3))峰显著增强;微观形貌显示,原样多孔结构表面附着致密球状CaCO_(3)颗粒,验证了CO_(2)矿化路径的可行性;粉煤灰基材料在灭火试验中通过覆盖层阻隔氧气、水分蒸发吸热及渗透降温协同作用,使得煤堆上、中、下部温度在600 s内降至120℃以下,CO体积分数在180 s后稳定在30×10^(-6)以下。 展开更多
关键词 碳封存 碳排放 粉煤灰 矿化封存 正交试验 添加剂优化 防灭火
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基于响应面法的巨厚煤层采空区堵——注协同防灭火参数研究 被引量：1
13
作者 王安军 任浩 +2 位作者 彭宝山 孙大森 时国庆 《煤炭科技》 2025年第2期39-45,52,共8页
巨厚煤层综放工作面由于丢煤率高,采空区空间大,采空区自然发火危险性高。为了更好地防止巨厚煤层综放工作面易自燃时期采空区自然发火,以准东二矿为例,建立了采空区多场耦合三维数值模型,对采空区气、热场分布规律进行了数值模拟,并通... 巨厚煤层综放工作面由于丢煤率高,采空区空间大,采空区自然发火危险性高。为了更好地防止巨厚煤层综放工作面易自燃时期采空区自然发火,以准东二矿为例,建立了采空区多场耦合三维数值模型,对采空区气、热场分布规律进行了数值模拟,并通过现场实测数据进行了模型验证。在此基础上,利用响应面和数值模拟相结合的方法研究了堵(挡风帘堵漏)—注(注氮)协同防灭火措施的最佳技术参数。结果表明,注氮位置20 m,注氮量1260 m^(3)/h,进风侧挡风帘长度120 m、回风侧挡风帘长度120m时,堵—注协同防灭火效果最好。该参数设置下,采空区自燃带面积降低了21.6%,温度异常区面积降幅高达93.4%。研究结果对巨厚煤层自然发火防治具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 巨厚煤层 防灭火 数值模拟 响应面法
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通风风速对分岔巷道内火灾烟气分布的影响数值研究 被引量：3
14
作者 丁翠 《煤矿安全》 北大核心 2025年第1期93-99,共7页
为探究通风风速对分岔巷道内火灾烟气流动的影响,采用CFD数值模拟方法研究了火源位于主巷分岔口上游附近时,通风风速对烟气逆流长度、主巷下游和分巷内温度及CO质量浓度纵向分布的影响规律。研究结果表明:主巷内烟气逆流长度随着通风风... 为探究通风风速对分岔巷道内火灾烟气流动的影响,采用CFD数值模拟方法研究了火源位于主巷分岔口上游附近时,通风风速对烟气逆流长度、主巷下游和分巷内温度及CO质量浓度纵向分布的影响规律。研究结果表明:主巷内烟气逆流长度随着通风风速的增大呈现线性降低规律;不同通风风速下,呼吸带高度处分巷内平均温度略高于主巷下游,最大温差8℃;随着通风风速增大,主巷下游和分巷内呼吸带高度平均温度呈现出幂函数下降规律;随着通风风速的增大,呼吸带高度处主巷下游和分巷内CO质量浓度差值逐渐降低,最小质量浓度差为9.25 mg/m^(3),主巷下游和分巷内CO平均质量浓度均符合幂函数的下降趋势;当通风风速为1~3 m/s时,分巷道内工作人员不易受到火灾烟气有毒气体侵害,当通风风速为1.5~3 m/s时主巷下游内工作人员不易受到火灾烟气有毒气体侵害。 展开更多
关键词 矿井火灾 分岔巷道 通风风速 烟气分布 数值模拟
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浅埋煤层复合采空区自燃“三带”动态演化规律和火灾防控 被引量：2
15
作者 王建国 雒世龙 张超鹏 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第2期252-262,共11页
为研究浅埋煤层复合采空区不同推进距离下自燃“三带”动态演化情况和氧浓度分布特征,通过对采空区氧浓度现场实测和漏风机理的分析,运用Fluent模拟软件,分别得到了下层采空区和上覆采空区随着推进距离增加时氧化带的深度、宽度以及氧... 为研究浅埋煤层复合采空区不同推进距离下自燃“三带”动态演化情况和氧浓度分布特征,通过对采空区氧浓度现场实测和漏风机理的分析,运用Fluent模拟软件,分别得到了下层采空区和上覆采空区随着推进距离增加时氧化带的深度、宽度以及氧浓度的动态演化规律,并提出了综合治理措施。结果表明:在二次采动阶段,随着推进距离的增加,上覆采空区和下层采空区两侧氧化带都逐渐向后延伸,最终在采空区100~500 m范围内形成“两侧高,中间低”的氧浓度分布格局;在相同位置时,上覆采空区的氧化带宽度小于下层采空区,其自然发火危险性小于下层采空区;对比不同流量下多点联合灌注液态CO_(2)的惰化效果发现,当液态CO_(2)压注流量为1000 m^(3)/h,既能保证惰化效果又能兼具经济性。研究结果揭示了浅埋煤层群开采过程中复合采空区自燃“三带”的演化规律,为预防与控制浅埋深复合采空区因漏风导致的自然发火提供了一定的参考。 展开更多
关键词 浅埋煤层 复合采空区 “三带”分布 二次采动 动态演化
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煤矿采空区注液氮渗流相变压力损失与线性律
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作者 吴雪 陈世强 +2 位作者 陈方兴 刘刚 赵鹏涛 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3980-3990,共11页
采空区煤自燃是煤矿热动力灾害之一,防治遗煤自燃发火的瓶颈是精准防灭火,其科学问题之一是液氮在采空区内流动损失及其快速预测方法。基于采空区多孔介质的结构,搭建采空区注液氮渗流相变压损试验平台,优选耐低温钙钠玻璃,形成多孔介... 采空区煤自燃是煤矿热动力灾害之一,防治遗煤自燃发火的瓶颈是精准防灭火,其科学问题之一是液氮在采空区内流动损失及其快速预测方法。基于采空区多孔介质的结构,搭建采空区注液氮渗流相变压损试验平台,优选耐低温钙钠玻璃,形成多孔介质通道,开展渗流速度与填充粒径对液氮在多孔介质中渗流相变压损的研究,进一步利用数值仿真验证并拓展渗流速度对压损影响的数据组。结果表明:液氮在多孔介质管道中渗流时,由于重力和气化作用的影响,低温管道外壁出现上下分层润湿现象;其次,填充粒径由3 mm增加到6 mm,试验平台的多孔介质孔隙率由0.2409增加到0.2669,液氮在多孔介质通道中渗流相变,气化为氮气,体积增大,压强增大;在流体密度、黏度以及表面张力不变的情况下,随着渗流速度的增加,气液两相界面处毛细管力与黏性力相互作用,流体由牛顿流体向非牛顿流体转变,使得单位长度压损与渗流速度呈线性相关;此外,数值仿真所建模型的计算结果与试验相对误差不大于15%,且液氮的渗流速度从0.001 m/s增大到0.08 m/s时,单位长度压损与渗流速度线性拟合度为99%,进一步验证了试验结论的可靠性。所得结论揭示了液氮在多孔介质中渗流相变压损与渗流速度呈线性变化的规律,可为采空区精准防灭火提供理论依据。 展开更多
关键词 采空区 多孔介质 液氮 渗流相变 多相流 压损
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采空区球-柱组装体压损预测模型及多孔介质流动特性
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作者 陈方兴 郝小礼 +3 位作者 陈世强 张建伟 田峰 吴雪 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3953-3965,共13页
随着煤矿向深部开采热动力灾害发生风险增大,快速预测采空区内流动损失成为煤矿精准防灭火的关键。结合采空区流动特征,提出一种孔隙率可调整的球−柱组装体采空区多孔介质物理模型,通过控制角度θ大小改变模型总体孔隙率。进一步地,划... 随着煤矿向深部开采热动力灾害发生风险增大,快速预测采空区内流动损失成为煤矿精准防灭火的关键。结合采空区流动特征,提出一种孔隙率可调整的球−柱组装体采空区多孔介质物理模型,通过控制角度θ大小改变模型总体孔隙率。进一步地,划分模型流动最小体元,并将流动过程分为10个阶段,基于平均水力半径模型以及简化后的突扩−突缩并联通道局部阻力理想模型,建立单位长度压力损失表达式。通过计算模型预测压损数值,对比了试验、数值模拟以及Ergun方程计算结果,并验证了数值模拟结果可靠性。结果表明:试验数据与计算模型预测值相对误差最大不超过10%,证明计算模型方法可行;无量纲流动损失M在雷诺数Re∈[0,10]区间内以黏性损失项为主,与总损失的偏差小于7%。在Re∈[0,10]区间内,计算模型与Ergun方程的预测结果对比数值模拟计算结果相对误差均小于10%;在Re∈[10,1200]区间内,Ergun方程结果相对误差超20%,而计算模型结果在10<Re<300情况下相对误差超出许可范围,最大为22%,说明计算模型可用于单位长度压损预测。多孔介质流态对压损的影响十分显著,对无量纲流动损失F的分析表明,随着雷诺数增大多孔介质流态发生转变,具体可划分为4个流动区域,分别为完全层流区(0<Re≤1)、层流主导区(1<Re≤10)、转捩区(10<Re≤700)以及完全湍流区(Re>700),根据流动损失的组成划分流动形式界限,当1<Re<10为达西流,当Re>10为非达西流。研究成果可为采空区精准防灭火的工程实践提供理论依据。 展开更多
关键词 采空区 多孔介质 孔隙率 流态转捩 压力损失 平均水力半径
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小煤柱工作面随采过程中相邻采空区遗煤自燃特性研究 被引量：1
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作者 孙珍平 刘啸 潘陶 《煤矿安全》 北大核心 2025年第2期102-108,共7页
为了尽可能回收煤炭资源,小煤柱留设工作面逐渐增加,然而小煤柱留设会带来煤柱压酥和漏风的问题,从而可能对工作面的防灭火问题产生不利影响。以刘庄煤矿131103工作面为研究对象,针对随采过程中小煤柱对相邻131101工作面采空区的影响进... 为了尽可能回收煤炭资源,小煤柱留设工作面逐渐增加,然而小煤柱留设会带来煤柱压酥和漏风的问题,从而可能对工作面的防灭火问题产生不利影响。以刘庄煤矿131103工作面为研究对象,针对随采过程中小煤柱对相邻131101工作面采空区的影响进行研究。通过小煤柱钻孔并联合闭墙观测孔监测相邻采空区的温度和气体体积分数,通过回风巷预留管道释放SF6示踪气体的方法,研究小煤柱工作面向相邻采空区的漏风特点。结果显示:小煤柱大范围压酥时间主要在顶板周期来压期间,漏风的重点区域为架后20 m以里范围;小煤柱漏风的超前影响范围在135 m左右,这部分煤体可通过提前安装温度传感器或者气体监测的方式有效预防煤炭自燃。 展开更多
关键词 煤自燃 小煤柱 SF6示踪气体 漏风规律 漏风区域
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内蒙古鲁新煤矿褐煤燃烧特性及热动力学参数研究
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作者 马砺 李登宇 +5 位作者 刘虎 范晶 赵祥凯 严月圆 陈荣 裴广伟 《煤矿安全》 北大核心 2025年第10期14-22,共9页
内蒙古鲁新煤矿11煤层煤种为褐煤,属于容易自燃煤层,煤自燃危险性较大。采用同步热分析仪研究了褐煤在不同升温速率(10、20、30、40℃/min)和氧气体积分数(9%、13%、17%、21%)条件下的燃烧过程,对比分析了特征温度点、失重速率、可燃性... 内蒙古鲁新煤矿11煤层煤种为褐煤,属于容易自燃煤层,煤自燃危险性较大。采用同步热分析仪研究了褐煤在不同升温速率(10、20、30、40℃/min)和氧气体积分数(9%、13%、17%、21%)条件下的燃烧过程,对比分析了特征温度点、失重速率、可燃性指数、综合燃烧特性指数及表观活化能等热动力学参数。结果表明:特征温度随升温速率增加和氧气体积分数减少呈升高趋势;升温速率和氧气体积分数对失水失重阶段质量损失和放热量影响不显著;氧气体积分数和升温速率增加会加强热解燃烧阶段的煤粉氧化反应,提高热释放速率,最大失重速率、综合燃烧特性指数、可燃性指数、放热量等特性参数也随之上升;升温速率为40℃/min时的最大失重速率为14.77%/min,相比升温速率10℃/min增加了25.8%,氧气体积分数21%相比9%,最大失重速率增加1.6倍,总放热量增长3.7倍;升温速率和氧气体积分数最高时,可燃性指数和综合燃烧特性指数分别达到最大值13.64×10^(-5)和11.35×10^(-7);表观活化能随氧气体积分数的升高而上升,随转化率升高先增加后减少,转化率在0.30时达到最大值197.9 kJ/mol。氧气体积分数和升温速率的增加促使煤粉内部发生不完全反应的活性结构增加和反应活化能上升,两者共同耦合作用共同加快了氧化反应速率。 展开更多
关键词 煤自燃 褐煤 特征温度 放热量 热动力学参数
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基于DBO-BP神经网络的采空区煤温预测方法及应用 被引量：1
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作者 翟小伟 王博 +2 位作者 蒋学明 侯树宏 郝乐 《煤矿安全》 北大核心 2025年第4期75-81,共7页
矿井煤自燃防控的关键手段之一是预测采空区煤自然发火温度。为了更加准确地对采空区煤自然发火温度进行预测预警,采集枣泉煤矿2#煤层煤样进行自燃特性试验,采集试验得到的数据,记录煤样在氧化升温过程中释放的O_(2)、CO、CH_(4)、CO_(2... 矿井煤自燃防控的关键手段之一是预测采空区煤自然发火温度。为了更加准确地对采空区煤自然发火温度进行预测预警,采集枣泉煤矿2#煤层煤样进行自燃特性试验,采集试验得到的数据,记录煤样在氧化升温过程中释放的O_(2)、CO、CH_(4)、CO_(2)、C2H4和C2H6体积分数的变化,将上述标志气体体积分数作为输入数据,将对应的煤样氧化温度作为输出数据,按照比例选取训练集和测试集,利用python软件建立了一种基于BP神经网络的煤自燃预测模型。采用新型群智能蜣螂优化算法对BP神经网络的各项超参数进行优化,建立了参数优化的DBO-BP预测模型,并将预测结果与粒子群算法(PSO-BP)、遗传算法(GA-BP)和麻雀搜索算法(SSA-BP)的各项性能指标进行对比分析。结果表明:DBO-BP、SSA-BP、GA-BP、PSO-BP对BP神经网络预测模型进行超参数优化后的测试阶段平均绝对百分比误差(MAPE)分别为6.97%、8.63%、7.88%、8.18%;回归系数R^(2)分别为0.976 3、0.966 8、0.970 1、0.969 0,其中DBO-BP模型的MAPE值最小,R2最接近1,证明了DBO-BP预测模型收敛速度更快,求解精准度更高,具有更高的预测精度和鲁棒性。基于DBO-BP模型对枣泉煤矿150202工作面采空区遗煤氧化温度进行预测,根据该模型的预测误差得到预测温度与现场实测温度的相对误差为6.97%,采用DBO算法优化后的模型在预测遗煤氧化升温方面精准度较高。 展开更多
关键词 煤自燃 标志气体 监测预警 蜣螂算法 预测模型
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