煤田火區非穩態溫度場的數值模擬研究.pdf

1、我國是世界上煤火災害最為嚴重的國家，煤田火災不僅燒毀大量煤炭資源，影響煤田開發，還產生大量有毒有害物質，污染環境、破壞生態。煤田火區的發生和發展是一個動態變化過程，構建描述煤田火區演化特征的數學模型，分析煤田火區非穩態溫度場的演化規律，有助于深化對煤火發展規律的認識，為有針對性地制定防滅火措施提供理論支撐。
　　采用TG-DSC同步熱分析儀對某火區煤樣不同氧濃度下從低溫氧化、高溫燃燒直到燃盡的全過程進行了測試，利用q/m法和C-R

2、法對煤樣不同反應階段的活化能和指前因子隨溫度和氧氣濃度的變化進行了分析，得到了煤的反應速率、燃盡時間與溫度、氧氣之間的關系，建立了體現煤田火區貧氧特性的煤的氧化-燃燒反應模型。
　　從煤田火區多場耦合關系和非穩態特征兩方面分析了煤火演化特征，結合實驗得到的煤氧化-燃燒反應模型，對已有的煤火數學模型進行了完善，建立了包括熱-流-固-化各場控制方程和主要參數耦合關系的煤田火區多場耦合數學模型。
　　基于以上建立的數學模型，以新疆

3、某緩傾斜煤層火區為例，數值模擬了該火區的發生、發展過程，并對火區各階段溫度場的時空演化規律進行了分析，結果表明：遺煤在經過初期較長時間的低溫氧化升溫后，局部區域聚熱形成高溫區，該區域煤的耗氧速率大幅增大，發展到一定程度后，該高溫區煤的反應受供氧量的控制；此后，高溫區將維持在某一相對穩定的狀態下逐漸向迎風側移動，當靠近進風口時，溫度快速升髙，達1000℃以上；在髙溫區燃盡后，燃燒煤層逐步向深部發展，最高溫度維持在1000-C上下；火區發展

4、過程中圍巖溫度異常區呈橢圓形分布，以燃盡區為主，高溫燃燒中心位于橢圓的右焦點附近，燃燒前方溫度異常相對較弱，頂板巖層溫度異常相對燃燒中心的位置存在相對滯后的趨勢。
　　探討了不同地表裂隙寬度對火區地表裂隙覆蓋降溫效果的影響。在不考慮覆蓋后熱力作用導致火區產生新的進、出風通道的情況下，當火區進風裂隙寬度較小時，通過覆蓋火區地表出風裂隙就能夠很好的控制火區的發展；當進風裂隙寬度較大時，僅覆蓋地表出風裂隙，進風裂隙中會形成循環流，循環流