基于数值重构的煤堆非均质几何特征及其自燃规律
宋双林1
梁运涛2
林琦3
李坤3
杨红阳3
王成3
1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁沈抚示范区 1131222.煤炭科学研究总院有限公司,北京 1000133.安徽工业大学能源与环境学院,安徽马鞍山 243002
摘要：散状物料堆场的非均质空间分布规律是制约煤堆自燃行为准确预测的关键因素之一.为了克服现有堆体自热研究中均一参数假设的限制、提升堆积态系统自燃预测的准确性,重点研究了堆体内部空隙率的空间分布规律,通过考虑堆体"下落—碰撞—堆积"的形成过程,提出了以离散元方法模拟堆体形成的数值重构思路.在此基础上,研究了不同颗粒粒径和倾倒高度下的堆体内部非均质性空隙率分布规律,讨论了当量粒径和下落高度对堆体非均质空隙分布规律的影响,完成了堆体内部空隙率分布特性的量化表征,据此对比研究了堆体均质假设对煤堆自燃规律的影响.结果表明:①堆体整体空隙率随着倾倒口高度的增加略有上升,但倾倒口高度对堆体空隙率分布规律的影响并不显著,倾倒口高度从0.55 m增加到0.95 m,其空隙率平均变化量仅为5.1％.②受到上部颗粒重力和挤压作用,堆体内部空隙率沿垂直方向从高到低呈现出整体逐渐降低的趋势,但大粒径颗粒在近地面处的空隙率会有所增加,在离地面高度约3 cm处空隙率达到最低值.③堆体内部空隙率沿水平方向呈近似均匀分布,其平均值约为0.45.④堆体均质假设对自然发火期影响不显著,但采用均质堆体假设后,自热区中心点向堆体表面迁移了 0.3 m,自热区长度由10.2 m缩短至3.1 m,明显低估了煤自热风险与隐蔽性.研究为堆积态系统的典型非均质结构分析提供了不同的研究思路和方向,可以削弱由于大型煤堆内部异质性难以表征所引发的煤自燃预测偏差,提升堆积态多孔系统自燃过程的预测精度,使煤自燃预防措施更具针对性.
关键词：煤堆离散元模拟非均质特性煤自燃空隙率
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：辽宁省自然科学基金联合开放基金资助项目(2021-KF-23-07)安徽省高校科学研究资助项目(KJ2020A0257)
论文发表日期：2025-07-31
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：10( 146-155 )
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