风障联合压实防治煤堆自燃数值模拟研究

摘要

煤炭现在是并将长期是我国主要能源。中国约有50％的煤矿存在自然发火危险，煤炭自燃不仅发生在井下，而且广泛发生在煤炭储存运输过程中。煤炭自燃造成资源浪费、导致环境污染，甚至引发安全事故。本文针对煤炭储存过程中煤堆自燃的防治措施进行了研究。基于多孔介质流体动力学和多孔介质传热传质理论建立模型，对煤堆压实措施、风障保护措施和风障联合压实措施进行数值模拟。主要进行的工作和取得的成果如下:
　　(1)建立了煤堆内部渗流场、氧气浓度场、温度场的多物理场耦合数学模型。将现场实际条件进行合理简化建立了煤堆自燃二维几何模型。
　　(2)进行了煤堆孔隙率对煤堆自然影响的数值模拟研究。讨论了孔隙率对煤堆最高温度、自然发火期、高温区域的影响;得到了不同孔隙率煤堆对应的自燃风速范围和自然发火期;从温度和自然发火期两方面阐述了自燃风速范围内煤堆压实措施的适用性。
　　(3)进行了自燃风速范围内风障防治煤堆自燃的数值模拟研究。讨论了风障高度、风障架设位置对煤堆最高温度的影响;针对原孔隙率0.3、0.4、0.5的煤堆进行了风障高度和架设位置30种组合条件下煤堆最高温度的研究，得出了不同孔隙率煤堆不同风障条件降低煤堆温度和防止煤堆自燃的风速范围。
　　(4)进行了风障联合压实措施防治煤堆自燃的数值模拟研究。讨论了不同原孔隙率煤堆联合措施不同风障条件下的煤堆最高温度变化情况;将联合措施与单独压实措施和单独风障措施进行对比，得出联合措施可以使煤堆最高温度进一步降低，联合措施不但可以扩大压实措施的适用范围而且可以降低风障架设高度和扩大风障架设位置范围，联合措施降低了风障成本并增加了风障施工灵活性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤自然发火期研究现状

1．2．2 煤堆自然发火的数值模拟研究

1．2．3 煤堆自燃防治措施研究

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 煤堆自燃模型建立

2．1 煤堆自燃数学模型建立

2．1．1 自燃数学模型基本假设

2．1．2 煤堆渗流场数学模型

2．1．3 煤堆氧气浓度场数学模型

2．1．4 煤堆温度场数学模型

2．1．5 煤堆自燃多物理场耦合模型

2．2 煤堆自燃几何模型建立

3 孔隙率对煤堆自燃影响分析

3．1 孔隙率对煤堆最高温度的影响

3．2 孔隙率对煤堆高温区域的影响

3．2．1 高温区域影响

3．2．2 初始自燃位置影响

3．3 煤堆压实适用性研究

3．3．1 压实后最高温度变化

3．3．2 压实后自然发火期变化

3．3．3 压实适用风速范围

3．4 本章小结

4 风障防治煤堆自燃效果分析

4．1 风障对最高温度的影响

4．1．1 风障高度的影响

4．1．2 风障位置的影响

4．2 风障降低煤堆温度效果分析

4．2．1 孔隙率0．3煤堆风障降低煤堆温度效果分析

4．2．2 孔隙率0．4煤堆风障降低煤堆温度效果分析

4．2．3 孔隙率0．5煤堆风障降低煤堆温度效果分析

4．3 本章小结

5 风障联合压实工艺参数优化

5．1 原孔隙率0．3煤堆联合措施降低煤堆温度效果分析

5．2 原孔隙率0．4煤堆联合措施降低煤堆温度效果分析

5．3 原孔隙率0．5煤堆联合措施降低煤堆温度效果分析

5．4 风障联合压实措施工艺参数优化

5．5 本章小结

结论

展望

参考文献

作者简历

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