為研究煤自燃機(jī)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(shí)驗(yàn)對(duì)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(jì)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(chǎng)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(shí)驗(yàn)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(cè)煤各階段特征點(diǎn)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(cè)、預(yù)防、預(yù)報(bào)及治理提供理論支撐。

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級(jí)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 煤的自燃學(xué)說、機(jī)理和實(shí)驗(yàn)?zāi)M方面的研究
        1.2.2 煤自燃模型和數(shù)值模擬的國(guó)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.4 國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)評(píng)述
    1.3 研究?jī)?nèi)容
        1.3.1 研究?jī)?nèi)容
        1.3.2 研究目的
    1.4 研究計(jì)劃及技術(shù)路線
        1.4.1 研究計(jì)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(jī)理及階段特征
    2.1 煤的自燃機(jī)理
    2.2 煤自燃機(jī)理與煤層自燃機(jī)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(shí)間
    2.4 煤層自燃的地質(zhì)特點(diǎn)
        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(shí)驗(yàn)研究
    3.1 工業(yè)分析及元素分析
        3.1.1 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)儀器
        3.1.2 實(shí)驗(yàn)過程
        3.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
    3.2 絕熱氧化實(shí)驗(yàn)
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)儀器
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)過程
        3.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及簡(jiǎn)要分析
    3.3 程序升溫實(shí)驗(yàn)
        3.3.1 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)儀器
        3.3.2 實(shí)驗(yàn)過程
        3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及簡(jiǎn)要分析
    3.4 煤自燃低溫階段特征分析
        3.4.1 程序升溫實(shí)驗(yàn)階段氣體表征
        3.4.2 程序升溫不同溫度段階段特征點(diǎn)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(dòng)力參數(shù)變化規(guī)律
        3.4.5 階段區(qū)間內(nèi)絕熱氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)
        3.4.6 表征臨界點(diǎn)區(qū)間內(nèi)熱動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)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(dòng)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(shí)驗(yàn)研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程
    4.6 煤熱重實(shí)驗(yàn)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(duì)煤熱重實(shí)驗(yàn)的影響
        4.6.3 升溫速率對(duì)煤熱重實(shí)驗(yàn)的影響
        4.6.4 粒徑對(duì)煤熱重實(shí)驗(yàn)的影響
        4.6.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
    4.7 煤特征溫度點(diǎn)與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析
        4.7.1 煤的特征溫度點(diǎn)
        4.7.2 煤的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算
        4.7.3 煤特征溫度點(diǎn)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)與揮發(fā)份、元素的關(guān)系
        4.7.4 實(shí)驗(yàn)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(tuán)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(jì)算
        5.3.3 建立計(jì)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(chǎng)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(xiàng)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(diǎn)
    7.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)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(xiàng)目
主要獲獎(jiǎng)



本文編號(hào)：4000482