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矸石山自燃特性及温度场分布规律研究

矸石山自燃特性及温度场分布规律研究

作者：卢悦内蒙古科技大学

学位级别：硕士

长期以来,煤矸石自燃严重污染矿区及周边的生态环境,威胁居民健康。注浆灭火法具有良好的灭火效果和经济效益,是目前应用最广泛的矸石山治理方式。为改善注浆灭火中存在的“盲目注浆”的问题,提高矸石山自燃灭火治理效果,开展矸石山自... 详细信息

长期以来,煤矸石自燃严重污染矿区及周边的生态环境,威胁居民健康。注浆灭火法具有良好的灭火效果和经济效益,是目前应用最广泛的矸石山治理方式。为改善注浆灭火中存在的“盲目注浆”的问题,提高矸石山自燃灭火治理效果,开展矸石山自燃特性和温度场分布规律研究是很有必要的。以矸石山自燃机理为基础,利用检测技术、试验分析、温度场分布模拟的方式探究矸石山自燃特性和高温区温度场分布规律,以期指导现场灭火浆液配比、注浆量确定、钻孔位置和深度的布置工作:结合煤矸石热重试验和程序升温试验的结论,通过矸石氧化升温过程中温度和气体释放的规律,揭示煤矸石的燃烧阶段及特性,以及在不同影响因素作用下矸石自燃特性的变化,并进行矸石山自燃的温度场分布规律进行数值模拟。利用矸石自燃特性和温度场分布规律两个方面的研究结果,有针对性地制定注浆灭火方案,提高矸石山自燃治理效果,为工程实践提供理论依据。主要研究成果如下:(1)检测煤矸石样品的理化性质,可知矸石属于低灰分、高挥发分、高含硫量、变质程度低的可燃性矿物;结合绝热氧化试验和程序升温试验结果,确定标志煤矸石燃烧特性发生改变的5个特征温度点:临界温度T(59.16℃)、干裂温度T(275.42℃)、着火点温度T(469.42℃)、最快失重氧化温度T(551.64℃)和燃尽温度T(735.96℃);煤矸石燃烧过程分为4个阶段:气水脱附阶段(室温～T)、缓慢燃烧阶段(T～T)、全面燃烧阶段(T～T)和结束燃烧阶段(T～1 000℃);建立O、CO、CO、CH和CH单一气体指标,CO/CO、CH/CH复合气体指标与温度间的6个对应关系,分析气体指标变化规律及原因,确定矸石燃烧各阶段的自燃特性。(2)改变矸石的粒径、含水量和含硫量的参数,建立矸石山燃烧过程气体指标和温度的15个对应关系,得到煤矸石在以上三个因素改变的情况下,气体产物释放特性的变化规律,完善矸石山的自燃特性:矸石粒径越小,氧化自燃特性越强,粒径过小,氧化特性减弱;少量水分促进矸石自燃,水分过多抑制矸石前期的燃烧,促进后期燃烧;矸石含硫量越大,氧化自燃特性越强,适宜含硫量可以抑制矸石山的燃烧。(3)利用ANSYS Fluent仿真模拟软件,模拟矸石山内部温度场分布,结果显示着火点位于矸石山坡面下方9～11 m处;矸石山堆积210天,着火点温度达438.7℃,引起矸石山自燃。矸石山表面,顶面距坡面顶部15 m、坡面距坡面顶部25 m内为高温区域。对矸石山温度场模型进行钻孔布置方案设计,在矸石山顶部设置4排注浆孔,1～4排的孔数量分别为11、11、7和6个,排孔间距3 m,孔深10 m。采用粉煤灰为灭火浆液主要材料,平均每孔注浆量40 m,每方浆液含有粉煤灰317 kg、水泥17 kg、外加剂17 kg和水833 kg,并根据各温度区域矸石的自燃特性,调整浆液配比,可达到良好治理效果。

关键词：矸石山自燃自燃特性温度场分布规律注浆灭火

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西曲煤矿矸石山自燃火区探测及治理技术

煤炭科学技术 2012年第6期40卷 41-43,85页

作者：曾凡宇田云福芦根玲樊少武姚海飞西山煤电集团有限责任公司山西太原030053 煤炭科学研究总院矿山安全技术研究分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

针对自燃的矸石山散发出有害气体污染环境,还有可能发生爆炸的问题,对自燃严重的西曲煤矿矸石山进行综合灭火,以达到净化坏境、消除危险的目的。采用红外测温、多参数气体检测和钻孔测温相结合的综合探测技术,确定火区分布于矸石山的东... 详细信息

针对自燃的矸石山散发出有害气体污染环境,还有可能发生爆炸的问题,对自燃严重的西曲煤矿矸石山进行综合灭火,以达到净化坏境、消除危险的目的。采用红外测温、多参数气体检测和钻孔测温相结合的综合探测技术,确定火区分布于矸石山的东侧,面积为650 m2,进而合理布置注浆钻孔,确定注浆参数,选用电厂粉煤灰与新型防灭火材料对火区进行注浆灭火。治理结果表明:矸石山的CO体积分数从840×10-6降至12×10-6,H2S体积分数从89×10-6降至趋近于0,SO2体积分数为0,矸石山表面温度与当地气温相同,内部温度从最高420℃降至80℃以下,达到了《煤矿矸石山灾害防范与治理规范》要求。

关键词：矸石山自燃火区探测粉煤灰防灭火材料注浆

煤基固废注浆治理矸石山自燃关键技术研究与应用

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煤基固废注浆治理矸石山自燃关键技术研究与应用

作者：王晨阳内蒙古科技大学

学位级别：硕士

内蒙古西部地区矿产资源丰富且燃煤电厂等工业分布密集,在煤炭开采及加工过程中堆积了大量的煤矸石及粉煤灰等煤基固废产物,不仅造成了土地资源的浪费还对环境造成破坏,尤其是矸石山发生自燃时产生的有毒有害气体严重影响了当地的空气... 详细信息

内蒙古西部地区矿产资源丰富且燃煤电厂等工业分布密集,在煤炭开采及加工过程中堆积了大量的煤矸石及粉煤灰等煤基固废产物,不仅造成了土地资源的浪费还对环境造成破坏,尤其是矸石山发生自燃时产生的有毒有害气体严重影响了当地的空气质量。本文结合内蒙古西部地区工业发展特点,选用粉煤灰等煤基固废为原料制备治理矸石山自燃的注浆浆液,并对注浆过程中注浆半径的大小进行计算,通过注浆半径来优化注浆钻孔的布置。将研究结果应用于注浆治理现场实践,取得了良好的治理效果。主要工作及结论如下:(1)以粉煤灰、脱硫石膏、水泥及电石泥为原料制备注浆浆液,在水泥及电石泥发生水化反应提供的碱性环境中,粉煤灰不断激发火山灰效应,生成水化硅酸钙凝胶、水化铝酸钙凝胶及钙矾石等物质,形成强度良好的胶凝体系。进行多组正交实验并对浆液形成的固化体进行抗压强度检测,确定浆液最佳强度配比为:粉煤灰与脱硫石膏、水泥、电石泥的质量比为7:2:3:1。同时依据浆液的流动度、析水率及发生明显固液分层的时间,研究不同水灰比对浆液流动性及稳定性的影响,分析确定浆液的水灰比越大浆液的流动性越好但稳定性越差。(2)以流体力学计算公式为基础,利用微积分的数学计算方法,推导出浆液注浆半径的理论计算模型,在设定的参数数值条件下求得浆液的注浆半径为1.7 m。在相同条件下利用COMSOL软件对浆液注浆半径进行数值模拟计算,通过模拟结果确定注浆半径为1.6 m。利用两种计算方法在多组注浆条件下进行对比计算,计算结果表明理论计算结果偏高于数值模拟结果。并通过多组数值模拟计算确定,注浆压力、孔隙率、渗透率、浆液动力粘度及注浆管直径均为影响注浆半径的重要因素。(3)选用浆液最佳强度配比为原料配比制备现场注浆浆液,矸石山火区温度较高,为了防止注浆过程中水分蒸发影响浆液性能或堵塞注浆管,分别选用水灰比为1.3、1.5、1.7的注浆浆液对不同温度的火区进行注浆治理,当温度超过500℃时采取先注水后注浆的治理方法。通过计算确定注浆钻孔的布置方式为,同一排注浆钻孔间隔为3 m,每排注浆钻孔间距为2 m,呈梅花桩式交错布置。长期对治理后的矸石山进行温度监测可知,火区温度均降为100℃以下,注浆过程取得了良好的治理效果。

关键词：矸石山自燃煤基固废注浆材料注浆半径

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煤基固废制备抑制矸石山自燃材料的试验研究

煤基固废制备抑制矸石山自燃材料的试验研究

作者：王博内蒙古科技大学

学位级别：硕士

本论文依托“中央引领地方科技发展专项资金:乌海矿区煤矸石山自燃大气污染调查及灭火技术研究与示范工程”项目,为解决乌海矿区煤矸石自燃问题,因地制宜,利用乌海矿区周边的煤基固废制备抑制矸石山自燃的材料。本文以粉煤灰、脱硫石膏... 详细信息

本论文依托“中央引领地方科技发展专项资金:乌海矿区煤矸石山自燃大气污染调查及灭火技术研究与示范工程”项目,为解决乌海矿区煤矸石自燃问题,因地制宜,利用乌海矿区周边的煤基固废制备抑制矸石山自燃的材料。本文以粉煤灰、脱硫石膏、电石泥、水泥、水为原料,研究新型复合胶凝材料,使用喷浆机把浆液喷洒在矸石山表面,形成致密的固化层,切断矸石山内部的氧气来源,达到灭火的目的。原材料以粉煤灰、脱硫石膏和电石泥等工业固体废弃物为主,大大降低成本,做到以废治废,实现固废综合利用。在分析原料理化性质的基础上,采用单一变量法完成复合胶凝材料的配比试验,并对浆液的流动性、析水率以及固化体的抗压强度、化学结合水量进行测试。在试验中,利用XRD和SEM技术手段对复合胶凝材料水化产物晶相和微观形貌分析,深入研究复合胶凝材料的水化过程和水化机理。并介绍了胶凝材料在乌海某矸石山自燃治理示范工程的应用情况,理论和实践相结合,完善胶凝材料的配比和施工工艺。主要工作及结论如下:(1)通过单一法设计试验方案,探索基础组粉煤灰-脱硫石膏的掺入量比例、外加组电石泥和水泥的掺入量、水灰比、养护方式对复合胶凝喷浆材料浆液的的流动性和析水率,以及固化体的抗压强度和化学结合水的影响。(2)复合胶凝材料的最优配比是基础组粉煤灰和脱硫石膏的质量比例是70:30,外加组电石泥的掺入量是20%,水泥的掺入量是15%,水灰比是0.65,养护方式采用覆膜养护或洒水养护。最佳配比下,复合胶凝喷浆材料的流动度在90-100mm之间,6h析水率小于5%,28d抗压强度是17.69MPa。(3)复合胶凝材料的水化机理是是粉煤灰-脱硫石膏-电石泥-水泥四元体系相互激发的过程,粉煤灰的火山灰活性在水泥熟料和电石泥提供的碱性环境下不断激发,在脱硫石膏的作用下,反应生成水化硅酸钙凝胶、水化铝酸钙凝胶、钙矾石晶体,为体系提供强度。(4)利用复合胶凝材料开发了抑制矸石山自燃的喷浆材料,具有良好的封闭作用,达到抑制自燃的目的,喷浆法施工工艺简单,工期短,成功应用于实体工程。

关键词：粉煤灰脱硫石膏矸石山自燃复合胶凝喷浆材料水化机理

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煤矸石山自燃及其对大气环境的污染

能源环境保护 1989年第4期13卷 6-11页

作者：张荣弟黄雅文刘克强中国辐射防护研究院

煤矸石是采煤和洗煤过程中的排弃物,通常占采煤量的15～20％。我国如以年产8亿吨煤计算,每年煤矸石排量有一亿多吨,是我国数量最大的固体废物之一。煤矸石通常排弃在山沟或平川,长期露天堆积;一座大型的煤矸石山往往有100多米高,占地面... 详细信息

煤矸石是采煤和洗煤过程中的排弃物,通常占采煤量的15～20％。我国如以年产8亿吨煤计算,每年煤矸石排量有一亿多吨,是我国数量最大的固体废物之一。煤矸石通常排弃在山沟或平川,长期露天堆积;一座大型的煤矸石山往往有100多米高,占地面积达几万平方米,积存量可达几百万吨以上。煤矸石山对环境最大的危害除占地外就是自燃。自燃时释放出大的CO、H2S、SO2

关键词：矸石山自燃煤矸石山大气环境积存量采煤量固体废物自燃发火氧化自燃占地面积周围大气

王台铺煤矿徐家岭矸石山自燃火区的探测与治理

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煤炭与化工 2017年第9期40卷 12-15,46页

作者：王强山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司王台铺煤矿山西晋城048000

针对王台铺煤矿徐家岭矸石山自燃现象严重和频繁复燃的问题,采用热成像仪、热电偶及微风仪相结合的综合探测技术确定了矸石山内部火区及主要漏风通道的位置和范围,提出了黄土覆盖及深、浅孔注浆相结合的综合治理方案,并对注浆前后矸石... 详细信息

针对王台铺煤矿徐家岭矸石山自燃现象严重和频繁复燃的问题,采用热成像仪、热电偶及微风仪相结合的综合探测技术确定了矸石山内部火区及主要漏风通道的位置和范围,提出了黄土覆盖及深、浅孔注浆相结合的综合治理方案,并对注浆前后矸石山内部温度及相关指标气体含量的变化进行了对比分析。结果表明,徐家岭矸石山着火点有3处,其中两处位于矸山坡面,一处位于坡顶,过火区总面积为4 300 m^2;确定了注浆材料中黄土、石灰和粘稠剂的体积百分数依次为60.4%、39.2%、0.4%,水料体积比为4∶1;注浆后矸石山内部温度降至100℃以下,SO_2、CO等有害气体含量也分别降至20 ppm、50 ppm以下,矸石山灭火效果理想。

关键词：矸石山自燃火区探测漏风通道深浅孔注浆

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浅析煤矿矸石山自燃爆炸原因

科技信息 2011年第30期 376-377页

作者：李晓娟铁丹丹襄城县环境保护局

煤矿矸石山自燃是煤矿普遍存在的问题，矸石山自燃后不仅对周围环境和矿区造成污染，而且会因矸石山自燃而引发煤矸石山坍塌、喷爆甚至爆炸等灾害性事故，给矿区人民的生产生活造成了极大的伤害和财产损失。煤矸石山自燃爆炸是由多种因... 详细信息

煤矿矸石山自燃是煤矿普遍存在的问题，矸石山自燃后不仅对周围环境和矿区造成污染，而且会因矸石山自燃而引发煤矸石山坍塌、喷爆甚至爆炸等灾害性事故，给矿区人民的生产生活造成了极大的伤害和财产损失。煤矸石山自燃爆炸是由多种因素共同作用的结果，它不仅与内在自燃因素有关，还与煤矸石山所属的环境、气候条件等有关。近年来，煤矸石山爆炸事故不断发生，已对煤炭企业带来了不可估量的负面影响。

关键词：矸石山自燃爆炸原因煤矿煤矸石山周围环境爆炸事故财产损失共同作用

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内蒙古利民煤矿矸石山自燃治理技术研究

中国煤炭工业 2021年第9期 70-71页

作者：李亚斌内蒙古利民煤焦有限责任公司

煤矸石是我国排放量最大的工业废物,约占我国工业固体废物的四分之一。目前针对煤矸石自燃现象,我国普遍运用的是挖掘回填法、黄土覆盖法等传统方法,但在实施过程中都会出现复燃现象。内蒙古自治区利民煤矿为了有效抑制矸石山的自燃现象... 详细信息

煤矸石是我国排放量最大的工业废物,约占我国工业固体废物的四分之一。目前针对煤矸石自燃现象,我国普遍运用的是挖掘回填法、黄土覆盖法等传统方法,但在实施过程中都会出现复燃现象。内蒙古自治区利民煤矿为了有效抑制矸石山的自燃现象,提出“以废治废”的治理思路,利用煤基固废制成浆液,采用以“注浆、喷浆、覆浆”为主的治理技术措施,有效地抑制了矸石山火区的供氧,取得了良好的矸石山自燃治理效果。

关键词：矸石山自燃利民煤矿煤矸石火区自燃现象工业固体废物工业废物以废治废

防止矸石山自燃的措施-矸石山污水生物净化沉淀物的利用

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环境科学动态 1986年第3期 16-17页

作者：博布罗夫刘俊卿

用生物净化污水时约产生1%(从净化水中)的沉淀物:栅格上和初次沉淀池中的未加工品,二次沉淀池中的剩余活性污泥,沉淀物排入污泥消化池中于喜中温生物和喜热生物条件下经过发酵。

关键词：生物净化初次沉淀池污泥消化池剩余活性污泥二次沉淀池矸石山自燃中温生物氧化有机物吸附活性有毒的