地下煤火高温阶段贫氧不完全燃烧耗氧速率的计算

宋泽阳,朱红青,徐纪元,秦晓峰,张 振

(1.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京 100083;2.德国宇航中心遥感数据中心,慕尼黑 82230)

地下煤火高温阶段贫氧不完全燃烧耗氧速率的计算

宋泽阳1,2,朱红青1,徐纪元1,秦晓峰1,张 振1

(1.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京 100083;2.德国宇航中心遥感数据中心,慕尼黑 82230)

运用过量空气系数、动力学反应和供氧的时间尺度,分析了地下煤火不同温度阶段的燃烧状态。在高温阶段,地下煤火燃烧反应速率很快,巷道和裂隙漏风所供给的氧含量不能满足煤体燃烧所需的氧含量,煤体燃烧耗氧速率受控于氧气供给速率,地下煤火处于贫氧不完全燃烧阶段。根据S.Krishnaswamy提出的单颗煤粒动力学反应-扩散模型,推导了地下煤火高温阶段贫氧不完全燃烧状态下耗氧速率计算式,并运用案例数值模拟分析和验证了该计算式。结果表明,该式能有效地估算地下煤火高温阶段受控于供氧速率的耗氧速率。

过量空气系数;时间尺度;燃烧状态;动力学反应

地下煤火是指在自然条件下或受人类活动影响,地下煤层或煤层露头与氧气接触后,从低温氧化自燃到剧烈燃烧后形成一定的规模,并产生系列环境、生态影响的煤层燃烧现象[1-3]。地下煤火分布广泛,主要包括中国[4-6]、印度[7]、美国[8]、南非[9]和澳大利亚[10]等。地下煤火对资源、生态和环境危害十分严重,如烧毁宝贵的煤炭资源、导致地表下沉和塌陷以及释放出大量的CO2和有毒有害气体(SO2,H2S,CO等)。……