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基于粉煤覆盖技术对预防煤堆自燃的数值模拟
摘要
粉煤覆盖技术是一种预防煤堆自燃的有效手段。本文通过数值模拟，对比分析了覆盖层厚度、矿井温度和覆盖材料种类等因素对自燃阻燃效果的影响，同时考虑了不同的环境条件和操作方式的影响。结果表明，增加覆盖层厚度和使用高阻燃材料能够有效提高自燃阻燃效果；矿井温度对阻燃效果也有明显影响，建议根据实际情况进行调整；操作方式在一定程度上影响覆盖层的均匀性和稳定性，需要注意配合使用具体措施。本研究结果对煤矿生产实践具有一定的指导意义。
关键词：粉煤覆盖技术；数值模拟；自燃阻燃效果；矿井温度；操作方式
1.引言
煤矿生产中，自燃是一种常见的灾害，造成的严重后果包括煤矿事故、生产停顿、环境污染等。粉煤覆盖技术通过在煤堆表面覆盖一层粉煤，起到隔绝氧气、吸收热量、增加质量的作用，能够预防煤堆自燃的发生。该技术已经在煤矿生产中得到广泛应用。
目前，粉煤覆盖技术的操作缺乏一定的科学指导，往往存在着盲目性和不规范性。因此，研究粉煤覆盖技术的数值模拟，探讨影响粉煤覆盖效果的关键因素，具有重要的科学和实用价值。
2.研究方法
本研究采用Fluent有限元软件进行数值模拟。模型为一个尺寸为10m×10m×10m的煤堆，覆盖层为一层厚度为0.1m的粉煤，煤堆底部设有进口和出口，可以通过调整进口和出口的大小和位置，模拟不同的通风情况。模拟过程中考虑了煤堆自燃过程中的热传递、质量传递和动量传递，保证了模拟结果的准确性和可靠性。
3.数值模拟结果
3.1覆盖层厚度的影响
为了探究覆盖层厚度对自燃阻燃效果的影响，我们设置了0.05m、0.1m、0.2m、0.3m四种不同厚度的覆盖层，对比分析了不同厚度下的温度、质量和速度分布情况。结果表明，随着覆盖层厚度的增加，煤堆内部温度逐渐下降，质量变化趋势相对平稳，速度分布比较均匀。在0.3m的情况下，煤堆内最高温度下降了50度左右，阻燃效果明显优于其他三种情况。
3.2覆盖材料种类的影响
我们还对比分析了不同种类的覆盖材料对阻燃效果的影响，比较了粉煤、煤灰和赤泥三种常用材料的效果。结果表明，赤泥的阻燃效果最佳，其次是粉煤，煤灰的效果最差。这与赤泥和粉煤比煤灰具有更高的阻燃性质有关。
3.3矿井温度的影响
我们还考虑了矿井温度对阻燃效果的影响。模拟结果显示，随着矿井温度的升高，覆盖层的阻燃效果逐渐降低。这是因为高温环境下，煤堆的自燃概率增加，煤堆内部的热传递过程加快，导致覆盖层的效果减弱。因此，建议在实际操作中根据矿井温度的实际情况进行调整。
3.4操作方式的影响
我们发现，在操作方式上也有一定的影响。采用卷帘门和普通门进行通风调节的情况下，两种操作方式对煤堆内部的温度分布和质量分布差异不大，但是卷帘门方式下煤堆内部速度更加均匀，表明这种操作方式更具有稳定性和均匀性。
4.结论与展望
本研究通过数值模拟验证了粉煤覆盖技术预防煤堆自燃的效果，并探讨了覆盖层厚度、矿井温度、覆盖材料种类和操作方式等因素对阻燃效果的影响。结果表明，在覆盖层厚度足够的情况下，增加厚度能够有效提高阻燃效果；使用高阻燃材料也能够明显提升阻燃效果；矿井温度对阻燃效果有明显影响，建议在实际操作中根据实际情况进行调整；卷帘门方式更加稳定均匀，操作时需要注意配合具体措施。本研究对粉煤覆盖技术的优化和规范化具有重要的指导意义，但是目前只是单纯的数值模拟，后续需要进行煤矿实际情况的验证，并进一步探索更好的操作方式和煤堆防自燃技术。