采空区遗煤自燃过程及其规律的数值模拟研究

基于非均质多孔介质中的连续性方程、多相气体渗流———扩散方程和综合传热方程,建立了工作面动态推进下的采空区自燃数值模型。结合实例,从理论上描绘了工作面开采过程中采空区的漏风流态、氧、CO、瓦斯和温度等分布状态及其动态过程。计算中考虑了瓦斯涌出对自燃的耦合作用;工作面动态推进对自燃的影响,以及沿边界冒落非压实性对漏风供氧、自燃高温区产生的影响。从理论上重点讨论了采空区自燃与各因素的定量化关系,得出自然发火期与煤氧化速度、工作面风量二者均呈显著的反比例关系;对于综放工作面采场漏风供氧系统,自然发火期主要取决于煤的耗氧能力,提高工作面风量仅能扩大自燃高温区的范围,增大自燃的发生几率;提高推进度能显著延长采空区自然发火期,呈指数变化。

U型通风下采空区发火过程模拟研究与模型改进

为了解U型通风下采空区遗煤层自然发火过程中,不同时间的温度和升温区的变化,提出使用颗粒流理论为基础的模型。解决氧的等效、流动和与煤反应的3个基本问题,并用FISH予以实现。根据实际工况模拟得升温过程可分为3个阶段,并分析了6个发展时间的升温特征,得遗煤发火自燃过程中升温区的变化与氧气流动有很大关系。采集这6个时间的实际遗煤层温度,分析与模拟结果的差别,得到模型还应考虑割煤时在遗煤层内部产生裂隙。改进后模型结果虽与实际升温区变化仍存在一定差异,但在升温时间与温度的关系方面更为准确,升温区扩散程度也更为接近事实。

基于颗粒流的U型通风下采空区发火过程模拟研究

为研究在U型通风下工作面正常推进时遗煤自然发火特点及过程,考虑到遗煤由于采动造成的松散多孔结构有利于O2与煤的接触反应,使用基于颗粒流的PFC3D作为模拟工具,模拟了自然发火过程中遗煤的温度分布及能量迁移过程。使用极小颗粒模拟O2的流动及其与煤的反应,并通过FISH实现该过程。模拟研究表明:遗煤自然发火过程主要可分为3个阶段;遗煤自然发火过程中升温区的变化与O2流动有较大关系。