煤矿火区炮孔温度特性及快速测温方法的研究.pdf

第3 3 卷第3 期 2 0 1 6 年9 月 爆破 B L A S T D 呵G V 0 1 ．3 3N o ．3 S e p ．2 0 1 6 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 6 ．0 3 ．0 1 2 煤矿火区炮孔温度特性及快速测温方法的研究 束学来，谢守冬，张万忠 宏大矿业有限公司，广州5 1 0 6 2 3 摘要针对煤矿火区炮孔测温效率和测温准确性间存在的矛盾，首先分析火区炮孔温度来源，然后在此 基础上，通过A n s y s 热分析软件模拟不同温度来源的炮孔内部温度分布规律，并通过现场钻孔测温验证其准 确性，最后结合炮孔温度分布规律，得出快速测温方法。结果表明热源温度的热传导和裂隙中高温气体的 热对流是火区炮孔高温的主要来源。通过粗略测温、观察炮孔等方式，得出炮孔只受热源温度和孔口冷空气 影响时，对炮孔下端位置进行重点测温，可提高测温效率，并保障测温准确性。 关键词煤矿火区；炮孔温度特性；温度来源；快速测温 中图分类号T H 7 5 3文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 6 0 3 0 0 6 4 0 4 S t u d yo nT e m p e r a t u r eC h a r a c t e r i s t i ca n dF a s tT e m p e r a t u r e M e a s u r i n gM e t h o do fB l a s tH o l ei nC o a lM i n eF i r eA r e a S H UX u e - l a i ，X I ES h o u - 幽，皤，Z H A N GW a n z h o n g H o n g d aM i n i n gC oL t d ，G u a n g z h o u51 0 6 2 3 ，C h i n a A b s t r a c t I t sd i f f i c u l tt oc o n t r o lt h et e m p e r a t u r em e a s u r i n ge f f i c i e n c ya n da c c u r a c ys i m u l t a n e o u s l yo fb l a s th o l ei n c o a lm i n ef i r ea r e a ．B a s e do nt h eb l a s th o l et e m p e r a t u r es o u r c e ，t h es o f t w a r eA n s y sW a sa p p l i e dt os i m u l a t et h eb l a s t h o l ew a l lt e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o no fd i f f e r e n tt e m p e r a t u r es o u r c e ，a n dt h em e a s u r i n ga c c u r a c yW a sv e r i f i e db yt e m p e r a t u r eo fo n - s i t ed r i l l i n g ．T h e nt h ef a s tt e m p e r a t u r em e a s u r i n gm e t h o d sW a so b t a i n e dc o m b i n e dw i t hb l a s th o l et e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n ．T h er e s u l t ss h o wt h em a i ns o u r c e so fb l a s th o l et e m p e r a t u r ej u s tf r o mt h eh e a tc o n d u c t i o no fh e a ts o u r c e a n dt h eh e a tc o n v e c t i o no fh i g ht e m p e r a t u r eg a si nf i s s u r e s ．W h e nt h eb l a s th o l et e m p e r a t u r ew a so n l yi n f l u e n c eb yt h e h e a ts o u r c et e m p e r a t u r ea n dc o l da i ri n b l a s th o l eo r i f i c et h r o u g hp r i m a r yt e m p e r a t u r eo b s e r v a t i o n ，t h et e m p e r a t u r e m e a s u r i n go ft h eb l a s th o l eb o t t o mw o u l di m p r o v et h et e m p e r a t u r em e a s u r i n ge f f i c i e n c ya n da c c u r a c yg r e a t l y ． K e yw o r d s c o a lm i n ef i r ea r e a ；b l a s th o l et e m p e r a t u r ec h a r a c t e r i s t i c s ；t e m p e r a t u r es o u r c e ；f a s tt e m p e r a t u r e m e a s u r i n g 在我国内蒙、宁夏等地，存在着大量的煤矿火 区，煤矿火区的煤层开采首先要爆破剥离其上层的 围岩，而对火区炮孔测温又是安全爆破的前提。现 在对火区的测温主要是使用红外测温仪和热电偶等 测量仪器，红外测温仪在炮孔的整段测温过程中，测 温点跳跃较大，测温准确性差；热电偶由于空气热传 导速率低，响应时间较长，严重影响测温效率⋯。 收稿日期2 0 1 6 0 5 2 1 作者简介束学来 1 9 8 9 一 ，男，安徽省宿松县，硕士研究生，主要从事高 温爆破和爆破器材研究， E - 9 9 5 3 ∞5 0 6 q q ．c o i n 。 而通过了解炮孔温度特性，可针对性的对炮孔部分 位置进行重点测温，增加测温准确性，减少测温点， 提高测温效率，但是这方面的资料目前较缺乏，故对 此进行研究。 1 火区炮孔温度的来源 岩石是由各种各样的岩屑或造岩的矿物在长时 间的地质环境作用下遵循一定的规律借助于胶结 物、结晶粘结或联接而形成的物质心J 。岩石自身不 会发生燃烧，根据热力学知识可知，其温度的来源主 万方数据 第3 3 卷第3 期 束学来，谢守冬，张万忠煤矿火区炮孔温度特性及快速测温方法的研究 6 5 要是通过热传导、热对流、热辐射三种方式形成∞J 。 热传导是相接处的物质或同一物质之间因为温 度差而发生的热量交换过程。煤层燃烧产生高温， 其火焰温度可达1 0 0 0 0 C 以上，故会加热其上方温度 较低的围岩H J 。由于岩石的热传导速率较小，使得 离火源距离越远，温度越低。 热对流是由于密度较大的介质下移、密度较小 的物质上移而发生相对移动产生的。一方面炮孔钻 好后，炮孔内部气体温度较高，密度较小将向上方移 动，炮孔孔口空气温度较低，密度较大将向炮孔下方 移动，形成热对流，对炮孔降温，但一段时间后，会形 成热平衡，炮孔内温度稳定，该种情况下，炮孔中温 度受其初始温度、外界空气温度、炮孔深度影响较 大；另一方面火区炮孔孔壁并非完整，其存在大量的 裂隙，且裂隙的深度、宽度大小不一，裂隙是由于岩 石在高温与雨水等作用而形成的，部分裂隙与下部 燃烧的煤或高温位置相通，产生大量高温气体，当炮 孔钻好后，炮孔位置压力减小，由于烟筒效应，高温 气体会向该处汇聚，形成对流对炮孔进行加热，此外 煤形成的气体产物可能仍为燃烧状态，其对流加热 效果将更为明显，炮孔中的温度变化与含热气体裂 隙多少有关，裂隙越多，裂隙温度变化大，炮孔温度 分布越复杂po 。 热辐射也是种能量交换形式，当物体温度高于 绝对零度时，就会向外发射电磁波，遇到可以吸收电 磁波的物质时即可以全部吸收或部分吸收，转换成 能量，温度发生升高。温差越大、距离越近，热辐射 越大，故与燃烧的煤层接触的岩石，热辐射较剧烈， 而较远的区域，热辐射强度较差。热辐射一般在 4 0 0 0 C 以上高温下才能明显感觉到，火区爆破时，炮 孑L 温度一般不高于4 0 0 ℃，故其影响可忽略怕J 。 2 火区炮孔温度规律 2 ．1 火区炮孔温度规律数值模拟 结合煤矿火区火区温度的产生来源，利用A N S Y S 软件模拟火区炮孔温度分布情况。煤矿火区的 温度来源主要可分为高温热源的热传导以及裂隙中 热气体的热对流，故模拟工况主要以这两种方式为 主。且为了方便模拟，假设火区炮孔除了热源裂隙 和上端孔口外，处于完整状态，不存在其他的可通 风、散热处J 。 模拟工况为温度场，用壁面代表火源位置和裂 隙位置，两者温度都为2 0 0 0 C ，孔口壁面温度为 2 5 ℃。模型长为1 0 0m m ，宽为1 4m m ，裂隙长为 5 0m m ，宽为1 4m m ，为1 0 l 建模。分为热传导模 拟、底部单一裂隙热对流模拟、中部单一裂隙热对流 模拟、多裂隙热对流模拟、热传导和热对流相互作用 模拟五种情况，其结果对应如图l 、图2 、图3 、图4 、 图5 所示。 图1 热传导模拟 F i g ．1 S i m u l a t i o no nh e a tc o n d u c t i o n 图2 底部单一裂隙热对流模拟 F i g ．2 H e a tc o n v e c t i o ns i m u l a t i o no fb o t t o ms i n g l ef i s s u r e 图3中部单一裂隙热对流数值模拟 F i g ．3 H e a tc o n v e c t i o ns i m u l a t i o no t ’c e n t r a ls i n g l ef i s s u r e 图4 多裂隙热对流模拟 F i g ．4 H e a tc o n v e c t i o ns i m u l a t i o no fm u l t i - f i s s u r e 万方数据 爆破 2 0 1 6 年9 月 图5 热传导和热对流相互作用模拟 F i g ．5 I n t e r a c t i o ns i m u l a t i o no nt h eh e a t c o n d u c t i o na n dt h eh e a tc o n v e c t i o n 对比以上分析结果，可得出以下规律 1 最高温度出现在最高温度热源处。 2 炮孑L 温度最高处位于炮孔下端。 3 仅热传导影响时，炮孔内部温度均匀变化。 4 裂隙影响时，炮孔下端温度变化缓慢，且裂 隙越少，变化越缓慢。 5 热源上部炮孔温度变化较快，但是变化速 率较均匀。 2 ．2 火区炮孔温度规律的实践 宁夏大石头煤矿具有大量的煤矿火区，通过选 择不同位置，钻孔径为1 4 0m m 、孔深为7m 的炮孔， 使用热电偶从孔口到孑L 底每间隔1m 测温一次，精 确测炮孑L 温度，对数值模拟结果进行验证，测得炮孔 温度如图6 。 3 0 0 2 8 0 2 6 0 2 4 0 2 2 0 芝2 0 0 魁1 8 0 赠1 6 0 1 4 0 1 2 0 1 0 0 8 0 图6 炮孔深度和温度的关系 F i g ．6R e l a t i o n s h i po fb l a s th o l ed e p t ha n dt e m p e r a t u r e 结果可见炮孑L 下端为温度最高区域、炮孔上部 温度变化均匀、炮孔下端温度变化缓慢，和数值模拟 结果相同。 2 ．3 快速测温 由上述分析可见，炮孑L 下端为温度最高区域，或 者温度与最高温度相差不大。 在炮孔仅有热源热传导传热和裂隙热对流传热 两种情况，而无其他传热裂隙时，可用测温仪器重点 只对炮孔下端进行测温，测出炮孔最高温度。在测 温仪器无法测量炮孔整个下端温度时，可对炮孔底 部进行测温，用其温度定性代表炮孔最高温度。 根据现场观察和实践，炮孔仅有热源热传导传 热和裂隙热对流传热两种情况可通过以下几点进行 判断 1 炮孔温度达到稳定状态。 2 根据粗略测温结果。可对炮孑L 快速测温， 若炮孔下端温度变化快，则炮孑L 下端不是最高温度， 若温度变化慢或者基本无变化，则说明最高温度在 炮孔下端。 3 观察炮孔岩石硬度。高温软岩裂隙较多， 而硬岩基本上可忽略孔内存在冷空气流动。 4 观察炮孔有无穿孔或者靠近地下河流等。 若炮孔发生穿孑L 等，说明下部可能存在大量冷空气 流动，需要注意。 5 观察炮区自由面壁面。若壁面明显可见较 多裂隙，且裂隙较大，需要慎重。 3 结论 1 火区炮孔的高温主要是通过热源温度的热 传导传热和裂隙中高温气体的热对流传热形成的。 裂隙中热气体的可燃性和流动性，使得热对流传热 可较大范围的影响炮孔温度。 2 炮孔最高温度位于最高温热源处，位于炮 孑L 下端，且下端温度变化较缓慢；裂隙上端温度受冷 空气对流影响，温度变化较大，但是变化较均匀。 3 通过采取粗略测温、观察炮孔是否穿孔等 方法，确定炮孔仅有热源热传导传热和裂隙热对流 传热时，可使用测温仪器重点对炮孔下端进行测温， 快速测得炮孔最高温度，也可以对孑L 底测温，定性测 出炮孔最高温度。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 束学来，郑炳旭，郭子如，等．测温技术在煤矿火区爆 破中的应用[ J ] ．煤炭技术，2 0 1 4 ，3 3 8 2 9 9 - 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r o c km a s so fc o a l f i e l df i r e sw i t ht h e r m o - h y d r o m e - c h a n i c a lc o u p l i n gf o rf i s s u r es e e p a g e [ D ] ．X i a n X i a nU n i - v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e e h n o o g y ，2 0 1 3 ． i nC h i n e s e 带水钟钟水水水水尔水水水 ≈ ≈ 也气肆 ≈ 啦 ≈ 心乍e 乍也气e t o o 譬。譬e t e 气。譬。弋。鼋e t 8 t o t o 鼋o t e t o t e 气e t e t o t o t e 霄 二乍e 科技论文写作小知识摘要 摘要是以提供文献内容梗概为目的，不加评论和补充解释，简明、确切地记述文献重要内容的短文。摘 要应具有独立性和自明性，并且拥有与文献同等量的主要信息，即不阅读全文，就能获得必要的信息。一篇 完整的论文都要求写随文摘要，按摘要的不同功能来划分，大致有如下3 种类型 1 报道性摘要 报道性摘要是指明一次文献的主题范围及内容梗概的简明摘要，相当于简介。报道性摘要一般用来反 映科技论文的目的、方法及主要结果与结论，在有限的字数内向读者提供尽可能多的定性或定量的信息，充 分反映该研究的创新之处。科技论文如果没有创新内容，如果没有经得起检验的与众不同的方法或结论，是 不会引起读者的阅读兴趣的，所以建议学术性期刊 或论文集 多选用报道性摘要，用比其他类摘要字数稍 多的篇幅，向读者介绍论文的主要内容，以“摘录要点”的形式报道出作者的主要研究成果和比较完整的定 量及定性的信息，篇幅以3 0 0 字左右为宜。 2 指示性摘要 指示性摘要是指明一次文献的论题及取得的成果的性质和水平的摘要，其目的是使读者对该研究的主 要内容 即作者做了什么工作 有一个轮廓性的了解。创新内容较少的论文，其摘要可写成指示性摘要，一 般适用于学术性期刊的简报、问题讨论等栏目以及技术性期刊等只概括地介绍论文的论题，使读者对论文的 主要内容有大致的了解，篇幅以1 0 0 字左右为宜。 3 报道一指示性摘要 报道．指示性摘要是以报道性摘要的形式表述论文中价值最高的那部分内容，其余部分则以指示性摘 要形式表达，篇幅以1 0 0 2 0 0 字为宜。 论文发表的最终目的是要被人利用，如果摘要写得不好，在当今信息激增的时代论文进入文摘、杂 志、检索数据库后，被人阅读、引用的机会就会少得多，甚至丧失，一篇论文价值很高，创新内容很多，若写 成指示性摘要，也可能会失去较多的读者。所以一般地说，向学术性期刊投稿，应选用报道性摘要形式， 只有创新内容较少的论文，其摘要可写成报道．指示性或指示性摘要。 万方数据