【摘 要】
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地下煤火持续燃烧是阴燃蔓延的结果,它不仅消耗了宝贵的煤炭资源,同时造成了严重的环境污染,威胁着采矿安全和周边居民的健康。深入了解煤炭的阴燃动态过程及传播特性,掌握阴燃发生和发展的基本规律,对于地下煤火的防治具有重要指导意义。现有的研究与真实的地下煤火蔓延存在差异,为模拟更加真实的地下煤火,本文通过搭建包含地下煤火基本要素的实验室尺度的煤火阴燃实验装置,研究了煤颗粒堆积床在强制点火后的阴燃传播过程。
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地下煤火持续燃烧是阴燃蔓延的结果,它不仅消耗了宝贵的煤炭资源,同时造成了严重的环境污染,威胁着采矿安全和周边居民的健康。深入了解煤炭的阴燃动态过程及传播特性,掌握阴燃发生和发展的基本规律,对于地下煤火的防治具有重要指导意义。现有的研究与真实的地下煤火蔓延存在差异,为模拟更加真实的地下煤火,本文通过搭建包含地下煤火基本要素的实验室尺度的煤火阴燃实验装置,研究了煤颗粒堆积床在强制点火后的阴燃传播过程。同时,采用更换插板的方式模拟了地下煤火的多种通风场景,较为系统地分析了影响阴燃传播过程的相关因素。结果表明:成功点燃煤颗粒堆积床后,延长点火时间,阴燃传播过程基本不受影响,意味着阴燃传播主要受“内部”氧化过程而非“外部”加热因素的影响。阴燃过程中煤-氧反应强度主要取决于局部氧气浓度,阴燃过程的时间由供氧和散热两方面决定。热传导和氧化反应维持着干燥前沿的传播,深度越深,干燥前沿的传播速度越慢。供氧条件较差的下层煤样,在其水平方向的阴燃传播过程中,氧化速度滞后于氧化前沿的传播速度,氧化反应区的厚度不断增加。侧边通风改善了边界处煤样的供氧条件,对远离边界的内部煤样升温过程影响逐渐减小直至消失。局部氧气浓度越高,侧边通风的作用范围和影响效果越小,形成了一个上窄下宽的梯形作用范围,倾斜角度为arctan0.5≈26.56°。顶部盖板限制了煤颗粒堆积床的氧气供给和烟气排放,使上层煤样的预热干燥过程大大缩短,能够提早进入快速氧化阶段,但氧化反应强度降低,升温过程的时间增加。顶部盖板对煤-氧反应过程的影响随着深度的增加逐渐减弱。
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