地下煤火高溫階段貧氧不完全燃燒耗氧速率的計算

宋澤陽,朱紅青,徐紀(jì)元,秦曉峰,張 振

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院,北京 100083;2.德國宇航中心遙感數(shù)據(jù)中心,慕尼黑 82230)

地下煤火高溫階段貧氧不完全燃燒耗氧速率的計算

宋澤陽1,2,朱紅青1,徐紀(jì)元1,秦曉峰1,張 振1

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院,北京 100083;2.德國宇航中心遙感數(shù)據(jù)中心,慕尼黑 82230)

運(yùn)用過量空氣系數(shù)、動力學(xué)反應(yīng)和供氧的時間尺度,分析了地下煤火不同溫度階段的燃燒狀態(tài)。在高溫階段,地下煤火燃燒反應(yīng)速率很快,巷道和裂隙漏風(fēng)所供給的氧含量不能滿足煤體燃燒所需的氧含量,煤體燃燒耗氧速率受控于氧氣供給速率,地下煤火處于貧氧不完全燃燒階段。根據(jù)S.Krishnaswamy提出的單顆煤粒動力學(xué)反應(yīng)-擴(kuò)散模型,推導(dǎo)了地下煤火高溫階段貧氧不完全燃燒狀態(tài)下耗氧速率計算式,并運(yùn)用案例數(shù)值模擬分析和驗(yàn)證了該計算式。結(jié)果表明,該式能有效地估算地下煤火高溫階段受控于供氧速率的耗氧速率。

過量空氣系數(shù);時間尺度;燃燒狀態(tài);動力學(xué)反應(yīng)

地下煤火是指在自然條件下或受人類活動影響,地下煤層或煤層露頭與氧氣接觸后,從低溫氧化自燃到劇烈燃燒后形成一定的規(guī)模,并產(chǎn)生系列環(huán)境、生態(tài)影響的煤層燃燒現(xiàn)象[1-3]。地下煤火分布廣泛,主要包括中國[4-6]、印度[7]、美國[8]、南非[9]和澳大利亞[10]等。地下煤火對資源、生態(tài)和環(huán)境危害十分嚴(yán)重,如燒毀寶貴的煤炭資源、導(dǎo)致地表下沉和塌陷以及釋放出大量的CO2和有毒有害氣體(SO2,H2S,CO等)。……