【摘要】：為研究煤自然發(fā)火過程不同區(qū)域的動態(tài)發(fā)展規(guī)律,使用大型煤自然發(fā)火實驗臺測試松散煤體在恒風量條件下從常溫至140℃的氧化過程,分析了溫度、氧濃度在時間及空間上的變化規(guī)律。結(jié)果表明:松散煤體自燃過程溫度隨煤體高度的變化在不同溫度階段趨勢差異較大,高溫點由煤體中部位置向著進風側(cè)方向移動;不同煤體高度溫度與時間呈現(xiàn)指數(shù)增長,70℃前后煤體呈現(xiàn)緩慢和快速增長分階段特性;松散煤體進風口和出氣口兩側(cè)氧體積分數(shù)18%以上,溫度超過70℃后,不同煤體高度的氧濃度隨時間增長逐漸下降。
【圖文】：

很好的實現(xiàn)火區(qū)自燃過程的實驗模擬;周佩玲［13］重點通過模擬采空區(qū)的自燃情況，分析了煤自燃過程中特性參數(shù)的變化，但是升溫采用的是被動升溫方式，沒有體現(xiàn)自然升溫發(fā)火的實驗特點。筆者使用自主研發(fā)大型煤自燃發(fā)火實驗平臺(裝煤量3t)，在漏風恒定的狀態(tài)下，實驗模擬煤低溫氧化過程中松散煤體溫度及氧濃度時間、空間上的動態(tài)演化規(guī)律，分析不同區(qū)域位置的差異性，為煤自燃多場耦合作用的進一步深入研究提供參考。1實驗裝置及過程1．1爐體主體結(jié)構(gòu)本次實驗采用自主研發(fā)的煤自然發(fā)火實驗臺，爐體結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，裝置主要包括爐體、溫度控制和監(jiān)測系統(tǒng)、供風系統(tǒng)等［14－15］。其中，主爐體呈圓柱形，內(nèi)徑120cm，高度200cm，最大裝煤量3t;爐蓋和底部使用保溫材料，上下分別預留10～20cm的自由空間，保證進出氣的均勻，頂蓋上留有小口徑排氣口;爐體外壁設(shè)有保溫層和控制水層，通過控制水層跟蹤外壁環(huán)境溫度的改變，使煤體保持良好的蓄熱條件。圖1煤自然發(fā)火實驗爐體結(jié)構(gòu)示意圖Fig．1Structureofcoalspontaneouscombustiontestfurnace1．2溫度采集和控制爐體內(nèi)部從爐底進風側(cè)5cm處至上部出氣口沿著中心軸布置10層測溫探頭，每層探頭之間間距20cm;每層按照四等分插入K型熱電偶，如圖1所示，探頭有10mm不銹鋼保護管;每層有一個探頭和取氣管在中心;測點的溫度通過計算機進行自動控制，，可以實時記錄煤體的溫度數(shù)據(jù)并保存。1．3實驗條件及過程將煤礦取得新鮮煤樣密封運送至實驗室，用鄂式碎煤機破碎為標準粒度，并在24h內(nèi)裝入爐637

體內(nèi)部，粒徑分布和實驗條件見表1和表2，實驗開始前，檢查供風、溫度控制及監(jiān)控系統(tǒng)的狀況，保證系統(tǒng)性能穩(wěn)定的情況下，通入適量預熱的干空氣，空氣流量為0．1m3/h，待溫度升到25℃開始監(jiān)測煤體溫度的變化規(guī)律，直到140℃結(jié)束試驗。松散煤體整個升溫過程中最高溫點的升溫速率如圖2所示，在70℃前，升溫速率小于0．1℃/h;而溫度70～100℃間，升溫速率在0．1～0．2℃/h間波動;超過100℃，升溫速率隨著溫度近似直線增長。圖2煤體升溫速率與時間的關(guān)系Fig．2Relationshipbetweencoalheatingrateandtime表1煤樣粒度篩分析結(jié)果Tab．1Analysisresultsofcoalparticlesize粒度+10mm－10mm，+7mm－7mm，+5mm－5mm，+3mm－3mm，+0．9mm－0．9mm質(zhì)量/g22．537．988．3124．1131．115．5頻度/%16．247．952．883．2103．911．3注:表中“+”表示未通過該篩，“－”表示通過了該篩。表2煤樣實驗條件Tab．2Coalsampletestconditions煤樣平均粒徑d50/mm實驗煤高/cm煤重/kg煤樣體積/cm3塊煤密度/(g·cm－3)容重/(g·cm－3)空隙率供風量/(m3·h－1)起始溫度/℃潘集煤礦1426．441851754．1320912401．400．83880．40090．125．22實驗結(jié)果分析松散煤體在風量恒定的條件下，爐體內(nèi)部各測點溫度及氧濃度主要隨著時間和散熱條件的變化而變化。2．1松散煤體溫度的時空分布規(guī)律2．1．1溫度與高度的關(guān)系圖3表示煤自然發(fā)火過程中心軸測點的溫度隨著煤體高度的變化關(guān)系，整個煤體升溫過程中向著進風側(cè)方向移動，煤溫度低于70℃時高溫點移動較慢，始終保持在100～140cm位置處，而超過70℃后高溫點快速轉(zhuǎn)移至進風側(cè)5～40cm位置。由圖3中(a)和(b)可知，松散煤體在低溫階段(＜70℃)，中心軸
【作者單位】： 西安科技大學安全科學與工程學院;陜西省煤火災害防治重點實驗室;
【基金】：陜西省基礎(chǔ)研究計劃(2016JM5022)
【分類號】：TD752.2

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本文編號：2521539