采空区煤自燃阶段特性与瓦斯爆炸的动力学关系研究

ｄｏｉ：１０１１７９９／ｃｅ２０１７０５０３０

一一收稿日期：２０１６－１０－１７一一基金项目：新疆工程学院博士启动基金项目（２０１６ｘｇｙ３８１８１２）；新疆工程学院横向资助（２０１４ｘｇｙｈ０４１６１２）

一一作者简介：尹一彬（１９８８），男，河南驻马店人，博士，讲师，主要从事煤矿灾害防治的教学与科研工作，Ｅ－ｍａｉｌ：

ｌｎｇｄｙｉｎｂｉｎ＠１６３ｃｏｍ三一一引用格式：尹一彬，张伟光，陆卫东，等．采空区煤自燃阶段特性与瓦斯爆炸的动力学关系研究［Ｊ］．煤炭工程，２０１７，４９（５）：９９－１０２．

采空区煤自燃阶段特性与瓦斯爆炸的

动力学关系研究

尹一彬１，张伟光２，陆卫东１，贾宝山３

（１新疆工程学院安全工程系，新疆乌鲁木齐一８３００００；

２新疆工程学院采矿工程系，新疆乌鲁木齐一８３００００；３矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室，辽宁阜新一１２３０００）一一摘一要：为探究采空区遗煤自燃阶段特性与瓦斯爆炸的动力学关系，针对采空区遗煤自然发火三个阶段的不同特点，以定容反应器为模型，采用数值计算软件ＣＨＥＭＫＩＮ模拟了自然发火不同阶段不同工况下，瓦斯爆炸前后关键反应基元步及爆炸时间的变化三计算结果对比分析表明：缓慢氧化阶段对瓦斯爆炸表现为抑制作用；加速氧化阶段对瓦斯爆炸表现较为复杂；激烈氧化阶段对瓦斯爆炸表现为促进作用三同时，数值计算结果与实验室测试结果基本一致三一一关键词：采空区遗煤；煤自燃；瓦斯爆炸；氧化阶段；化学动力学一一中图分类号：ＴＤ７１２＋７一一文献标识码：Ａ一一文章编号：１６７１－０９５９（２０１７）０５?００９９?０４

Ｋｉｎｅｔｉｃｓｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｔａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏａｌｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎａｎｄｇａｓｅｘｐｌｏｓｉｏｎｉｎｇｏａｆ

ＹＩＮＢｉｎ１，ＺＨＡＮＧＷｅｉ－ｇｕａｎｇ２，ＬＵＷｅｉ－ｄｏｎｇ１，ＪＩＡＢａｏ－ｓｈａｎ３

（１ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉｎｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｒｕｍｑｉ８３００００，Ｃｈｉｎａ；

２ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｉｎｉｎｇ，ＸｉｎｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｒｕｍｑｉ８３００００，Ｃｈｉｎａ；３ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｉａｏｎｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｘｉｎ１２３０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｋｉｎｅｔｉｃｓｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｔａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏａｌｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎａｎｄｇａｓｅｘｐｌｏｓｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｓｔａｇｅｓｏｆｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎａｎｄｔａｋｉｎｇａｃｏｎｓｔａｎｔｖｏｌｕｍｅｒｅａｃｔｏｒａｓａｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅＣＨＥＭＫＩＮｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｘｐｌｏｓｉｏｎｔｉｍｅａｎｄｋｅｙｒｅａｃｔｉｏｎｂａｓｉｓｏｆｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｇａｓｅｘｐｌｏｓｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｇｅｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ｔｈｅｇａｓｅｘｐｌｏｓｉｏｎｗａｓｉｎｈｉｂｉｔｅｄｉｎｔｈｅｓｌｏｗｏｘｉｄａｔｉｏｎｓｔａｇｅ；ｔｈｅｇａｓｅｘｐｌｏｓｉｏｎｗａｓｃｏｍｐｌｅｘｉｎｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇｏｘｉｄａｔｉｏｎｓｔａｇｅ；ｔｈｅｇａｓｅｘｐｌｏｓｉｏｎｗａｓｐｒｏｍｏｔｅｄｉｎｔｈｅｖｉｏｌｅｎｔｏｘｉｄａｔｉｏｎｓｔａｇｅ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｌａｂｏｒａｔｏｒｙｔｅｓｔｓｗｅｒｅｂａｓｉｃａｌｌｙｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｄｕａｌｃｏａｌｉｎｇｏａｆ；ｃｏａｌｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ；ｇａｓｅｘｐｌｏｓｉｏｎ；ｏｘｉｄａｔｉｏｎｓｔａｇｅ；ｃｈｅｍｉｃａｌｋｉｎｅｔｉｃｓ一一煤矿采空区瓦斯爆炸属煤矿重大灾害事故，瓦斯爆炸原因及反应机理十分复杂，对瓦斯爆炸动力学的研究已经

成为国内外学者的关注点［１，２］三就本质而言，煤矿瓦斯爆炸是热爆炸机理和链式反应机理共同作用的结果三文献［３］

对瓦斯爆炸超压进行了理论研究；文献［４］对瓦斯爆炸的

微观动力学进行了实验研究；文献［５］对受限空间内瓦斯爆炸进行了数值模拟研究三上述研究虽然取得了一定的成果，但都没有针对煤自燃的阶段特性进行分析，缺乏对煤自燃阶段特性与瓦斯爆炸协同发生的动力学研究三文献［６］通过多元支链爆炸试验装置，从爆炸极限与临界氧浓９９第４９卷第５期一一一一一一一一一一一一煤一炭一工一程ＣＯＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ一一一一一一一一一一一一一一Ｖｏｌ４９，Ｎｏ５万方数据