為研究煤自燃機理及其階段變化特征,通過理論分析煤自燃過程、探討煤層自燃的基本條件、煤自燃階段特征。通過程序升溫、絕熱氧化和TG-FTIR實驗對比研究不同煤種低溫階段指標氣體的變化特征、煤自燃傾向性和高溫階段煤燃燒過程的熱重變化、氣體釋放規律,以此研究煤自燃各階段中反應和結構特性,并為采空區自燃“三帶”數值模擬提供放熱源、耗氧源等數據支持。結合興陶煤礦回采工作面上覆巖層裂隙發育模擬,按區域計算了采空區滲透系數,并在前人基礎上,總結了采空區滲透系數分布規律,為采空區滲透率場模擬提供數據支撐。論文在理論分析基礎上,建立采空區煤自燃數學模型,并結合Visual C++開發了可視化采空區火源定位數值模擬軟件V1.0,輔以實驗基礎數據,模擬不同情況下采空區自燃區域的變化情況,并提出煤自燃綜合防治方案。研究結果表明：通過煤的元素分析可以預測煤各階段特征點及其氣體濃度,自燃數值模擬為采空區防滅火提供可靠的決策方案,為采空區自燃的預測、預防、預報及治理提供理論支撐。

【文章頁數】：143 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
詳細摘要
Detailed Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 煤的自燃學說、機理和實驗模擬方面的研究
        1.2.2 煤自燃模型和數值模擬的國內外研究現狀
        1.2.3 采空區自燃區域變化規律國內外研究現狀
        1.2.4 國內外動態評述
    1.3 研究內容
        1.3.1 研究內容
        1.3.2 研究目的
    1.4 研究計劃及技術路線
        1.4.1 研究計劃
        1.4.2 技術方案及技術路線
    1.5 本章小結
2 煤層自燃機理及階段特征
    2.1 煤的自燃機理
    2.2 煤自燃機理與煤層自燃機理的區別
    2.3 煤層自燃的基本條件
        2.3.1 煤厚
        2.3.2 氧氣濃度
        2.3.3 熱量積蓄
        2.3.4 時間
    2.4 煤層自燃的地質特點
        2.4.1 煤層自燃的主要特征
        2.4.2 地質構造與煤層自燃的關系
    2.5 煤自燃階段及燃燒區域特征
        2.5.1 煤的自燃過程
        2.5.2 煤自燃階段燃燒特征
        2.5.3 煤層燃燒區域特征
    2.7 本章小結
3 煤自燃低溫階段特征實驗研究
    3.1 工業分析及元素分析
        3.1.1 實驗原理及實驗儀器
        3.1.2 實驗過程
        3.1.3 實驗結果及分析
    3.2 絕熱氧化實驗
        3.2.1 實驗原理及實驗儀器
        3.2.2 實驗過程
        3.2.3 實驗結果及簡要分析
    3.3 程序升溫實驗
        3.3.1 實驗原理及實驗儀器
        3.3.2 實驗過程
        3.3.3 實驗結果及簡要分析
    3.4 煤自燃低溫階段特征分析
        3.4.1 程序升溫實驗階段氣體表征
        3.4.2 程序升溫不同溫度段階段特征點分析
        3.4.3 程序升溫階段內標志性氣體變化規律
        3.4.4 程序升溫階段熱動力參數變化規律
        3.4.5 階段區間內絕熱氧化動力學參數
        3.4.6 表征臨界點區間內熱動力學參數計算
    3.5 煤質與煤自燃階段參數的關系
        3.5.1 元素與階段熱動力學參數的關系
        3.5.2 元素與工業參數的關系
    3.6 本章小結
4 煤自燃高溫階段特征實驗研究
    4.1 引言
    4.2 實驗裝置介紹
        4.2.1 同步熱分析儀(STA449F3)
        4.2.2 傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)
    4.3 實驗原理
        4.3.1 熱重分析(TGA)
        4.3.2 差示掃描量熱(DSC)
        4.3.3 紅外光譜分析(FTIR)
    4.4 實驗影響因素分析
        4.4.1 熱重分析影響因素
        4.4.2 差示掃描量熱影響因素
        4.4.3 紅外光譜分析影響因素
    4.5 實驗過程
    4.6 煤熱重實驗分析
        4.6.1 各煤樣熱重(TG)、失重(DTG)曲線比較
        4.6.2 氧氣濃度對煤熱重實驗的影響
        4.6.3 升溫速率對煤熱重實驗的影響
        4.6.4 粒徑對煤熱重實驗的影響
        4.6.5 實驗結論
    4.7 煤特征溫度點與反應動力學參數分析
        4.7.1 煤的特征溫度點
        4.7.2 煤的反應動力學參數計算
        4.7.3 煤特征溫度點、反應動力學參數與揮發份、元素的關系
        4.7.4 實驗結論
    4.8 煤傅里葉變換紅外光譜分析
        4.8.1 煤受熱分解的特征氣體分析
        4.8.2 煤的官能團分析
5
    5.2.1 巖層豎直方向特征
    5.3 4201回采工作面上覆巖層裂隙發育模擬
        5.3.1 工作面概況
        5.3.2 地應力計算
        5.3.3 建立計算模型
        5.3.4 地應力初始化
        5.3.5 模擬結果
    5.4 綜放面采空區覆巖區帶劃分特征
        5.4.1 豎直方向三帶高度的確定
        5.4.2 橫向分區特征
    5.5 采場覆巖區劃分
    5.6 本章小結
6 采空區自燃“三帶”區域變化規律
    6.1 采空區自燃“三帶”理論
    6.2 采空區自燃數學模型
        6.2.1 模型的假設條件
        6.2.2 煤自燃數學基本模型
        6.2.3 回采情況下溫度數學模型
        6.2.4 注氮參數與“三帶”分布情況之間關系的理論研究
    6.3 采空區火源定位軟件開發及應用
        6.3.1 軟件開發及介紹
        6.3.2 邊界條件及源項確定
        6.3.3 基于自燃“三帶”火源定位分析
    6.4 注氮情況下采空區“三帶”分析
    6.5 均壓情況下采空區“三帶”分析
        6.5.1 物理模型
        6.5.2 定解條件及參數設定
        6.5.3 結果分析
    6.6 本章小結
7 結論與展望
    7.1 結論
    7.2 論文創新點
    7.3 展望
參考文獻
致謝
作者簡介
在學期間發表的學術論文
在學期間參加科研項目
主要獲獎



本文編號：4000482