煤田露头火灾动态演化过程动力学基础研究

我国煤田火灾严重，每年造成大量资源损失，并对生态环境造成严重破坏。煤田露头自燃火灾的发生和发展是一个极其复杂的、动态变化的、自动加速的物理化学动态发展过程，目前还没有较完善的相关动力学体系。.本项目选取典型煤田露头火区，分析其自然发火特征，掌握火灾动态演化过程影响因素及各阶段相互影响关系，构建露头火灾动态发展演化过程物理模型；应用程序升温氧化、热分析等实验，结合现代分析技术，研究火区煤层氧化、气化与热解反应的机理，确定反应动力学参数及传热、渗流及扩散等参数的变化规律；通过现场调研和监测，研究典型煤田火区的特点及煤炭多元燃烧、传热、传质及温度场中的应变等耦合作用，建立煤田露头火区动力系统的动力学模型；开展数值模拟，研究火区的发展规律和控制因素。.通过项目研究，建立煤田火区动态演化的动力学体系，为煤田火灾防治奠定理论基础。

项目严格按照《申报书》和《计划任务书》的要求内容进行相关理论和实验研究，全部完成了研究内容，并增加了煤田露头火灾上覆岩层受热破坏实验测试，达到了预期研究目标。. 煤田露头火灾不断发展所形成的大面积煤田火灾，不仅造成巨大的资源损失煤田露头自燃火灾的发生与发展是一个极其复杂的动态变化的物理化学过程，其实质是一个缓慢地自动放热升温最后引起燃烧的过程。在此过程中，涉及煤层上覆岩层受热破坏机理、煤自燃机理、煤热解燃烧动力过程、多孔介质渗流及传质传热特性等，造成目前煤田露头火灾的治理工作进行缓慢，灭火效果不佳，部分露头火灾还有向煤层深部蔓延、燃烧的趋势，给灭火工程造成极大的困难。5采用煤低温自然发火实验和热重分析实验相结合的实验方法，测试了煤田露头氧化、热解、燃烧过程的特性参数，分析了煤低温氧化自燃阶段、煤的热分解阶段和煤的燃烧阶段三个不同阶段的化学反应机理，掌握了煤田露头燃烧过程的机理与特性，研究了火灾动态演化过程影响因素及各阶段相互影响关系，构建了露头火灾动态发展演化过程物理模型；采用MTS815.02电液伺服岩石力学实验系统和NM-4A型非金属超声检测分析仪，研究温度载荷作用下砂岩的热破坏过程，分析了砂岩热破坏宏观力学特性，探讨了砂岩宏观热破坏机理，通过对煤田露头火区上覆岩层的热破坏特性的系统分析，研究提出了煤田露头火区上覆岩层的塌陷、破坏机理，得出了上覆岩层的塌陷、破坏规律与形式，其形成的塌陷裂隙、塌陷台阶和塌陷坑是造成煤田露头持续供氧燃烧的主要漏风通道。.依据多孔介质渗流理论，分析了煤田露头火区内气体特性和风流渗流状态，研究了火区内气体流动动力和阻力，推导出煤田露头火区气体渗流数学模型，并结合煤田露头火灾热动力特性分析，构建了煤田露头火灾演化过程物理模型，对煤层露头火区在不同漏风强度条件下的温度场和煤田露头火区在不同温度条件下的渗流场进行数值计算。通过煤田露头火灾发生发展的规律及燃烧特点的分析，提出了煤田露头火灾燃烧状态识别判定方法和对火区进行分类治理的思想，并根据热量的产生、聚集、扩散和持续的漏风供氧是影响煤田露头火灾的发生发展过程的关键要素，提出了以降氧为主的火区控制方法和以降温为主的火区治理方法及实现该方法的相应技术措施。