采空區(qū)煤炭自然發(fā)火是礦井煤炭開(kāi)采過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生的災(zāi)害之一,不僅嚴(yán)重威脅井下工作人員的生命安全,同時(shí)也造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和財(cái)產(chǎn)損失。對(duì)煤自燃的發(fā)生發(fā)展過(guò)程的研究對(duì)于礦井火災(zāi)的防范有著關(guān)鍵作用。煤自燃的發(fā)展過(guò)程是多個(gè)物理化學(xué)作用同時(shí)進(jìn)行的結(jié)果,煤自身的結(jié)構(gòu)和組成成分極為復(fù)雜且非均質(zhì),不能從化學(xué)角度上準(zhǔn)確描述其分子構(gòu)成,也很難從理論上推演出自燃的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)采空區(qū)溫度分布變化的研究大多為數(shù)值模擬或建立模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行研究。鑒于此,本文提出一種實(shí)驗(yàn)裝置和方法,可以實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室條件下,直觀、快速地反映出采空區(qū)煤自燃進(jìn)程的演化,采空區(qū)內(nèi)部溫度分布變化情況,以及改變通風(fēng)強(qiáng)度、通風(fēng)方式下的變化規(guī)律,利用紅外熱像分析儀實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)可視化,為探究采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域提供良好實(shí)驗(yàn)條件。本試驗(yàn)主體主要由采空區(qū)等效模型、進(jìn)風(fēng)管路、超聲震蕩波水霧發(fā)生器、風(fēng)機(jī)、紅外監(jiān)控系統(tǒng)組成。采空區(qū)等效主體為一空心立方體,內(nèi)部填充高純度、高活性實(shí)驗(yàn)室用氧化鈣顆粒。實(shí)驗(yàn)原理為:煤的自燃本質(zhì)上就是煤與氧氣反應(yīng)生熱并積聚的過(guò)程,試驗(yàn)中將氧化鈣與水霧反應(yīng)生熱這一特性模擬采空區(qū)遺煤的氧化生熱過(guò)程,氧化鈣與水霧的產(chǎn)熱速率大于煤氧... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

采空區(qū)“自燃”三帶劃分類型ⅠFigure1-1PartitiontypeⅠofthethreezonesofspontaneouscombustion

1緒論3圖1-2采空區(qū)“自燃”三帶劃分類型ⅡFigure1-2PartitiontypeⅡofthethreezonesofspontaneouscombustion如圖1-2所示，“散熱帶”、“氧化升溫帶”和“窒息帶”分別對(duì)應(yīng)于區(qū)域Ⅰ/Ⅰ’、Ⅱ、和Ⅲ分別。徐精彩、文虎等[12,13]通過(guò)煤自燃實(shí)驗(yàn)，測(cè)定出松散煤體的自燃參數(shù)，結(jié)合采空區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的氧濃度以及分布情況，推導(dǎo)出漏風(fēng)分布規(guī)律。繪制出采空區(qū)浮煤厚度、漏風(fēng)分布和氧濃度分布的等值線圖，在等值線圖上分別標(biāo)出煤自燃極限參數(shù)的極值點(diǎn)并連線，劃分出的區(qū)域即為采空區(qū)“三帶”。氧化升溫帶分布于采空區(qū)兩側(cè)位置，散熱帶不僅分布于靠近工作面處，且向內(nèi)部延伸，窒息帶位于采空區(qū)深處壓實(shí)程度高的區(qū)域。此外，譚允禎教授認(rèn)為應(yīng)參照“O型圈”理論，以上覆巖層采動(dòng)裂隙分布為依據(jù)劃分采空區(qū)“三帶”，并將“三帶”的概念拓寬為易自燃區(qū)、自燃區(qū)、不自燃Ⅰ區(qū)、不自燃Ⅱ區(qū)[14]；劉星魁等用CFD方法對(duì)“U”型通風(fēng)工作面采空區(qū)的氧氣和漏風(fēng)分布進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)側(cè)氧氣分布較回風(fēng)側(cè)集中，氧化升溫帶主要分布于進(jìn)風(fēng)側(cè)供氧充足區(qū)域[15]。1.2.2采空區(qū)“三帶”的研究方法現(xiàn)狀早期的采空區(qū)“三帶”研究方法主要是在采空區(qū)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，通過(guò)分體采集的氣體成分和溫度信息，得出“三帶”分布結(jié)論。由于現(xiàn)場(chǎng)研究的存在一定局限性，一些產(chǎn)煤大國(guó)開(kāi)始在相似模擬實(shí)驗(yàn)方面做出嘗試，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，采空區(qū)自燃“三帶”的研究開(kāi)始通過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬進(jìn)行研究[16-19]。（1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法目前，采空區(qū)煤自燃進(jìn)程監(jiān)測(cè)方法主要有指標(biāo)氣體分析法、測(cè)溫法、氣味監(jiān)測(cè)法等。指標(biāo)氣體分析法：通過(guò)煤自燃過(guò)程中的氣體生成規(guī)律，來(lái)預(yù)測(cè)煤自燃的進(jìn)程和趨勢(shì)，現(xiàn)階段的指標(biāo)體系以CO、C2H2、C2H4、烷烯比、鏈烯比為主要指標(biāo)[20]。分析氣體出現(xiàn)的臨界溫度，或

閑∏頡⑸匙�、泡�?⒚藁ǖ取Ｍ???攔?⒂?國(guó)、法國(guó)等國(guó)家紛紛開(kāi)展采空區(qū)煤自燃的相似模擬實(shí)驗(yàn)，建立相似模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)展了大量的基礎(chǔ)研究，通過(guò)開(kāi)展模擬實(shí)驗(yàn)分析煤自燃特征規(guī)律，判斷自燃危險(xiǎn)區(qū)域的可能位置，對(duì)煤自燃“三帶”分布劃分有指導(dǎo)作用。李仁發(fā)、沈洪遠(yuǎn)教授[48]建立了長(zhǎng)2m、內(nèi)徑0.45m的垂直圓筒型模擬裝置，裝煤量90kg，在由下至上通風(fēng)的過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)出風(fēng)口CO濃度判斷裝置內(nèi)煤自燃進(jìn)程。80年代后期，徐精彩等人[49]建立了我國(guó)第一個(gè)大型煤自燃實(shí)驗(yàn)臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)為自主設(shè)計(jì)建立，用于模擬煤自燃發(fā)火。圖1-3XK-Ⅲ型煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)臺(tái)Figure1-3XK-ⅢCoalSpontaneousCombustionExperimentBench該模型的設(shè)計(jì)裝煤量為1t，之后又建立了裝煤0.5t和1.5t等一系列XK型實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由爐體、溫度和風(fēng)流控制系統(tǒng)、溫度和氣體成分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
[1]動(dòng)態(tài)采空區(qū)煤自燃氧化升溫機(jī)制的模擬研究[D]. 李品.河南理工大學(xué) 2018
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