煤矸石山斜坡面矸石散体的空气渗流特性研究
王文才1
王鹏1
吴周康2
李扬康2
杨少晨2
1.内蒙古科技大学矿业与煤炭学院,内蒙古包头 014010;内蒙古自治区矿业工程重点实验室,内蒙古包头 014010;内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心,内蒙古包头 014010;内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心,内蒙古包头 0140102.内蒙古科技大学矿业与煤炭学院,内蒙古包头 014010;内蒙古自治区矿业工程重点实验室,内蒙古包头 014010
摘要：煤矸石山斜坡面矸石散体的颗粒偏析现象对其渗透特性有重要影响.为了研究斜坡面的空气渗流特性,基于自主设计的室内渗透率测定装置,结合散体岩土力学理论、通风理论及FLUENT数值模拟,研究了煤矸石山斜坡面不同高度不同深度处矸石散体孔隙率与渗透率的整体分布规律及空气渗流和温度分布特征,并通过现场实测进行验证.结果表明:在研究预设条件下,矸石山斜坡面浅部的孔隙率和渗透率分布特征受到颗粒偏析现象的显著影响,随着高度与深度增大,呈现出非线性负指数衰减规律;随着斜坡面矸石散体的粒径增大,其孔隙率也呈增大趋势,并且其增速逐渐放缓;矸石山顶部覆盖黄土层,导致渗流速度缓慢,氧气质量浓度较低,不利于氧化放热反应的进行,底部孔隙率较大风速过快,积热条件不佳,因此高温区域位于矸石山中上部距坡面 2～3 m处,最高可达780 K;风速场在热风压与外界风压的共同影响下,最高风速位于中上部近坡面处,可达0.06 m/s.此外,沿矸石山X方向和Z方向深入,渗流速度与氧气浓度下降速率逐渐减小;整体而言,矸石山斜坡面孔隙率的分布是影响矸石山内部空气渗流特性的一个极为重要的因素.通过对矸石山风速氧气以及温度场的研究,将矸石山大致划分为表层冷却区、聚热易燃区以及内部低温区.研究成果可为我国干燥多风的中西部矿区煤矸石山自燃火区的准确预测和判定提供基础参考.
关键词：煤矸石山渗流渗透率孔隙率热风压
分类号：TD752.2(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52064043)国家自然科学基金(51764044)内蒙古自治区自然科学基金资助项目(2020MS05010)
论文发表日期：2024-05-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 139-151 )
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