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(biāo)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(guī)律,以此研究煤自燃各階段中反應(yīng)和結(jié)構(gòu)特性,并為采空區(qū)自燃“三帶”數(shù)值模擬提供放熱源、耗氧源等數(shù)據(jù)支持。結(jié)合興陶煤礦回采工作面上覆巖層裂隙發(fā)育模擬,按區(qū)域計算了采空區(qū)滲透系數(shù),并在前人基礎(chǔ)上,總結(jié)了采空區(qū)滲透系數(shù)分布規(guī)律,為采空區(qū)滲透率場模擬提供數(shù)據(jù)支撐。論文在理論分析基礎(chǔ)上,建立采空區(qū)煤自燃數(shù)學(xué)模型,并結(jié)合Visual C++開發(fā)了可視化采空區(qū)火源定位數(shù)值模擬軟件V1.0,輔以實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù),模擬不同情況下采空區(qū)自燃區(qū)域的變化情況,并提出煤自燃綜合防治方案。研究結(jié)果表明：通過煤的元素分析可以預(yù)測煤各階段特征點及其氣體濃度,自燃數(shù)值模擬為采空區(qū)防滅火提供可靠的決策方案,為采空區(qū)自燃的預(yù)測、預(yù)防、預(yù)報及治理提供理論支撐。

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
詳細(xì)摘要
Detailed Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 煤的自燃學(xué)說、機理和實驗?zāi)M方面的研究
        1.2.2 煤自燃模型和數(shù)值模擬的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 采空區(qū)自燃區(qū)域變化規(guī)律國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.4 國內(nèi)外動態(tài)評述
    1.3 研究內(nèi)容
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 研究目的
    1.4 研究計劃及技術(shù)路線
        1.4.1 研究計劃
        1.4.2 技術(shù)方案及技術(shù)路線
    1.5 本章小結(jié)
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(qū)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(zhì)特點
        2.4.1 煤層自燃的主要特征
        2.4.2 地質(zhì)構(gòu)造與煤層自燃的關(guān)系
    2.5 煤自燃階段及燃燒區(qū)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(qū)域特征
    2.7 本章小結(jié)
3 煤自燃低溫階段特征實驗研究
    3.1 工業(yè)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(jié)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(jié)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(jié)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(nèi)標(biāo)志性氣體變化規(guī)律
        3.4.4 程序升溫階段熱動力參數(shù)變化規(guī)律
        3.4.5 階段區(qū)間內(nèi)絕熱氧化動力學(xué)參數(shù)
        3.4.6 表征臨界點區(qū)間內(nèi)熱動力學(xué)參數(shù)計算
    3.5 煤質(zhì)與煤自燃階段參數(shù)的關(guān)系
        3.5.1 元素與階段熱動力學(xué)參數(shù)的關(guān)系
        3.5.2 元素與工業(yè)參數(shù)的關(guān)系
    3.6 本章小結(jié)
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(jié)論
    4.7 煤特征溫度點與反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)分析
        4.7.1 煤的特征溫度點
        4.7.2 煤的反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)計算
        4.7.3 煤特征溫度點、反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)與揮發(fā)份、元素的關(guān)系
        4.7.4 實驗結(jié)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(fā)育模擬
        5.3.1 工作面概況
        5.3.2 地應(yīng)力計算
        5.3.3 建立計算模型
        5.3.4 地應(yīng)力初始化
        5.3.5 模擬結(jié)果
    5.4 綜放面采空區(qū)覆巖區(qū)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(qū)特征
    5.5 采場覆巖區(qū)劃分
    5.6 本章小結(jié)
6 采空區(qū)自燃“三帶”區(qū)域變化規(guī)律
    6.1 采空區(qū)自燃“三帶”理論
    6.2 采空區(qū)自燃數(shù)學(xué)模型
        6.2.1 模型的假設(shè)條件
        6.2.2 煤自燃數(shù)學(xué)基本模型
        6.2.3 回采情況下溫度數(shù)學(xué)模型
        6.2.4 注氮參數(shù)與“三帶”分布情況之間關(guān)系的理論研究
    6.3 采空區(qū)火源定位軟件開發(fā)及應(yīng)用
        6.3.1 軟件開發(fā)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(qū)“三帶”分析
    6.5 均壓情況下采空區(qū)“三帶”分析
        6.5.1 物理模型
        6.5.2 定解條件及參數(shù)設(shè)定
        6.5.3 結(jié)果分析
    6.6 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 論文創(chuàng)新點
    7.3 展望
參考文獻
致謝
作者簡介
在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
在學(xué)期間參加科研項目
主要獲獎



本文編號：4000482