[00140104]采空区煤低温自燃规律及数值模拟研究

本项目属于煤矿安全技术及工程领域。 项目采用理论分析、现场观测、实验室试验和数值模拟相结合的研究方法。以理论为指导,建立了采空区多场相耦合的理论模型;以实验室试验为依据,分析获得了采空区煤岩热力学参数及煤自燃特性参数;以有限体积法为基础,自主开发编制了采空区自然发火仿真软件;通过理论分析和数值模拟实验,制定出适合矿井采空区实际的最优防灭火技术措施并结合研究结果进行现场工业试验。 主要研究内容包括：现场采集煤岩试样,进行热力学参数、自然倾向性和氧化等特性参数测试;自主研制了油浴式煤低温恒温氧化实验系统,进行所取煤样的低温氧化规律研究;根据质量守恒、能量守恒定律建立移动坐标下采空区内流场、氧浓度场、温度场等多场相耦合的数学理论模型;利用有限体积法离散理论模型并用高斯—赛德尔迭代法进行求解,编制采空区自然发火仿真软件,实现采空区不同开采条件下的多物理场量分布的数值模拟;建立注氮后的自然发火模型,离散模型求解,实现注氮后的采空区多物理场分布的数值模拟,获得最优的采空区注氮防灭火参数;自主研制测试距离长、精度高的“三线式”测温系统,设计不同开采工艺条件下采空区的测温布线方案,实现采空区内部温度变化的实时观测;综合试验、数值模拟和现场观测结果,制定科学合理的综合防灭火技术措施方案。 本项目主要特点：①自主研制了油浴式煤低温氧化试验系统;②开发编制了采空区自然发火仿真软件;③研制了采空区温度观测系统;这些自主产权的软件、仪器的应用,为预测预报采空区自然发火情况、准确定位采空区高温危险区域、确定科学合理的防火技术工艺参数及效果提供依据。 本项目研究成果,推动了采空区自然发火预测预报技术的进步,提高了我国煤矿采空区自然发火的防治水平,在大同煤业集团同忻矿、中煤集团唐山沟矿等多个矿井得到了应用,取得了良好应用效果。该研究成果还可以推广应用到其它地质条件类似的自然发火煤矿。