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煤低温氧化阶段地表热异常及气体释放特性的实验研究

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状及存在的问题

1.2.1 煤自燃特性研究

1.2.2 地下煤火热动力学研究

1.2.3 存在的问题

1.3 本文主要研究内容

第二章 实验系统介绍

2.1 实验系统概述

2.1.1 实验装置介绍

2.1.2 实验设备简介

2.1.3 煤样分析

2.1.4 标志性气体选择

2.1.5 本实验特点及创新点

2.2 预实验及实验参数确定

2.2.1 预实验过程

2.2.2 预实验结果分析

2.3 实验过程

2.4 本章小结

第三章 点状裂隙实验结果及分析

3.1 温度特性

3.1.1 煤温特性

3.1.2盖层表面温度特性

3.1.3 烟气温度特性

3.2 气体释放特性

3.2.1 CO释放特性

3.2.2 CO/CO2变化特性

3.3 本章小结

第四章 线状裂隙实验结果及分析

4.1 温度特性

4.1.1 煤温特性

4.1.2 盖层表面温度特性

4.1.3 烟气温度特性

4.2 气体释放特性

4.2.1 CO释放特性

4.2.2 CO/CO2变化特性

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

由于人类活动和自然因素的影响,地下煤火问题越发严重。地下煤火已经成为涉及煤炭资源、安全生产和生态环境的重大灾害之一,监测和防治地下煤火灾害对我国乃至其他国家能源的安全和社会、经济发展有重要的战略意义和现实意义。地下煤火是复杂的物理、化学、环境等多过程相互耦合的结果,地下煤火演化规律中一个重要问题是地表热异常与煤氧化进程的关系,目前实验室尺度的地下煤火的实验系统大多过于简化而无法有效模拟地下煤火的核心物理、化学过程,对地表热异常也未做深入研究。本文针对现有研究中的不足,以地下煤火发生、发展的热动力学演化过程为基础,根据其传热、传质和渗流的特性,设计搭建了研究地下煤火的实验模拟装置。采用点状裂隙和线状裂隙泡沫陶瓷模拟煤火火区的上覆盖层,通过在煤体下端外加热源的方式对煤层加热,研究了不同裂隙条件下地下煤火低温氧化阶段地表温度热异常及气体释放特性。实验结果表明:不同裂隙和盖层厚度条件下,煤样温度随时间的变化规律基本一致;点状裂隙条件下,盖层厚度的增加可以加快煤低温氧化进程,减少到达快速氧化临界温度所需的时间;烟气温度与盖层表面标志点温度随时间的变化规律与煤温随时间的变化规律基本一致,烟气温度和标志点温度可以用来推断煤样温度的变化进程;当煤样温度到达快速氧化阶段的临界温度时,CO浓度和CO/CO2值会快速上升;CO浓度与煤温近似呈指数式关系。CO浓度与煤温的关系方程可以用来判断煤低温氧化的程度,对地下煤火的早期探测有一定的指导意义。

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