二氧化碳防治煤自燃機(jī)理及應(yīng)用工藝研究-.pdf

1、煤層火災(zāi)嚴(yán)重威脅著礦井安全生產(chǎn),可能引起瓦斯、煤塵爆炸,釀成人員傷亡的重大惡性事故。液態(tài)CO2具有惰化、降溫、抑爆及擴(kuò)散范圍大等特性,對(duì)煤層火災(zāi)防治和抑爆具有重要作用。但是,由于CO2防治煤層自燃火災(zāi)的機(jī)理、應(yīng)用工藝等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題尚未得到很好解決,制約了CO2在煤自燃火災(zāi)防治中的應(yīng)用。本文圍繞CO2對(duì)煤自燃氧化反應(yīng)過(guò)程的影響、采空區(qū)惰化降溫區(qū)域及防滅火應(yīng)用工藝等方面開展了深入研究。
　　應(yīng)用WY-98A型吸附常數(shù)測(cè)定儀研究了兗州礦

2、區(qū)3＃煤層煤樣吸附特性,測(cè)定煤對(duì)CO2、N2及CH4單組分和雙組分的吸附量,分析煤樣對(duì)CO2的吸附特性和影響因素,確定了CO2對(duì)煤樣吸附O2量的影響關(guān)系;利用程序升溫實(shí)驗(yàn)研究了煤樣吸附CO2后的自燃特性參數(shù),在不同濃度CO2氣氛下煤樣升溫過(guò)程中的耗氧特性,相比于空氣氣氛,加入CO2后煤樣活化能提高,降低了煤的氧化反應(yīng)速率。
　　采用TG-DSC聯(lián)用技術(shù)研究了三種典型煤樣在四種不同氣氛、不同升溫速率下的自燃氧化過(guò)程中煤樣質(zhì)量和能量變

3、化,通過(guò)對(duì)TG、DTG及DSC曲線分析,計(jì)算得出了煤樣氧化自燃反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù),確定了CO2抑制煤氧化自燃的影響關(guān)系,即隨著CO2濃度的升高,煤氧化的表觀活化能和指前因子加速減小,總體表現(xiàn)出反應(yīng)速率減小,放熱量減小。
　　針對(duì)綜放面采空區(qū)實(shí)際條件,建立了采空區(qū)氣體輸運(yùn)、能量交換模型,采用ANSYS FLUENT12.1軟件模擬采空區(qū)注入CO2濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化過(guò)程,得出了采空區(qū)注入CO2后,O2濃度、CO2濃度、壓力、速度和溫度的

4、動(dòng)態(tài)分布規(guī)律,與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果基本相符。
　　建立了CO2氣-液兩相管道輸送熱力學(xué)模型,利用Aspen HYSYS V7.3軟件模擬了CO2在管道輸送過(guò)程及影響因素,得出了輸送距離與溫度、壓力、摩爾流量、內(nèi)徑相互之間的關(guān)系,確定了CO2氣-液兩相管道穩(wěn)定輸送的相關(guān)參數(shù);通過(guò)對(duì)液態(tài) CO2汽化后管道輸送過(guò)程模擬分析,確定出CO2氣態(tài)單相在管道輸送的防滅火工藝參數(shù)。
　　開發(fā)了液態(tài)CO2防治煤自燃的工藝及裝備,建立了CO2防治煤層