扩散条件下巷道煤层阴燃熄灭、稳定传播及转化为焰火的判别准则研究

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阴燃是一种特殊的燃烧方式,是燃烧学的前沿问题之一。这种燃烧方式却广泛存在于氧气不足的环境中,如煤矿储煤厂里、电厂的煤堆、运煤码头、地下煤层等。近年来,我国煤田面临的阴燃火灾日益严重。为此,本文针对这一现象,对扩散条件下巷道煤层阴燃的发展过程进行了理论分析和实验研究。论文在广泛查阅阴燃中外文献和系统总结前人研究成果的基础上,利用相似相关准则,自行设计了煤层阴燃实验装置,并采集了阴燃过程的温度和气体浓度数据,结合矿井通风理论、煤氧复合理论、燃烧学、传热学、传质学、Fick扩散定律等相关知识,进行了理论分析,研究得出以下结论:(1)分析了褐煤阴燃过程的特性,得出①褐煤从150℃到300℃引燃的时间间隔平均值为33.3min;②褐煤阴燃时300℃以上的平均时间为923min,分析可知褐煤阴燃时有高温维持时间长、保存火种能力强的特点;③褐煤的平均阴燃传播速度为1.4×10-7m/s,即褐煤阴燃传播速度慢。④褐煤阴燃速度与氧浓度梯度成线性关系,氧气含量越高其阴燃速度较快。(2)推导出在扩散条件下巷道煤层阴燃熄灭、稳定传播、转化为焰火燃烧时的O2浓度方程、CO浓度方程和温度场方程,并进行了实验验证。(3)得出了扩散条件下巷道中煤层阴燃稳定传播的判别准则是巷道中阴燃面的氧气浓度梯度绝对值不小于η;扩散条件下巷道中煤层阴燃熄灭的判别准则是巷道中阴燃面氧气浓度梯度绝对值小于η;扩散条件下阴燃转化为焰火燃烧的判别准则是巷道中阴燃面的氧气浓度梯度绝对值不小于焰火燃烧的最低值δ、阴燃面的温度达到或超过煤的着火点λ、阴燃面的氧气浓度不低于煤着火时最低浓度β、CO浓度不低于焰火燃烧时的最低浓度θ。对于褐煤,实验得出η为158.33%/m、δ为316.67%/m、λ为270℃、β为4.44%和θ是28351.29ppm。本论文通过对煤炭阴燃机理进行深入的实验研究,不仅有助于我们加深对煤矿内因火灾的认识,而且也为全面的进行火灾过程研究打下了一定的基础。
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