煤田火區(qū)非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國(guó)是世界上煤火災(zāi)害最為嚴(yán)重的國(guó)家，煤田火災(zāi)不僅燒毀大量煤炭資源，影響煤田開(kāi)發(fā)，還產(chǎn)生大量有毒有害物質(zhì)，污染環(huán)境、破壞生態(tài)。煤田火區(qū)的發(fā)生和發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，構(gòu)建描述煤田火區(qū)演化特征的數(shù)學(xué)模型，分析煤田火區(qū)非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的演化規(guī)律，有助于深化對(duì)煤火發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)，為有針對(duì)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(duì)某火區(qū)煤樣不同氧濃度下從低溫氧化、高溫燃燒直到燃盡的全過(guò)程進(jìn)行了測(cè)試，利用q/m法和C-R

2、法對(duì)煤樣不同反應(yīng)階段的活化能和指前因子隨溫度和氧氣濃度的變化進(jìn)行了分析，得到了煤的反應(yīng)速率、燃盡時(shí)間與溫度、氧氣之間的關(guān)系，建立了體現(xiàn)煤田火區(qū)貧氧特性的煤的氧化-燃燒反應(yīng)模型。
　　從煤田火區(qū)多場(chǎng)耦合關(guān)系和非穩(wěn)態(tài)特征兩方面分析了煤火演化特征，結(jié)合實(shí)驗(yàn)得到的煤氧化-燃燒反應(yīng)模型，對(duì)已有的煤火數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了完善，建立了包括熱-流-固-化各場(chǎng)控制方程和主要參數(shù)耦合關(guān)系的煤田火區(qū)多場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型。
　　基于以上建立的數(shù)學(xué)模型，以新疆

3、某緩傾斜煤層火區(qū)為例，數(shù)值模擬了該火區(qū)的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，并對(duì)火區(qū)各階段溫度場(chǎng)的時(shí)空演化規(guī)律進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：遺煤在經(jīng)過(guò)初期較長(zhǎng)時(shí)間的低溫氧化升溫后，局部區(qū)域聚熱形成高溫區(qū)，該區(qū)域煤的耗氧速率大幅增大，發(fā)展到一定程度后，該高溫區(qū)煤的反應(yīng)受供氧量的控制；此后，高溫區(qū)將維持在某一相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下逐漸向迎風(fēng)側(cè)移動(dòng)，當(dāng)靠近進(jìn)風(fēng)口時(shí)，溫度快速升髙，達(dá)1000℃以上；在髙溫區(qū)燃盡后，燃燒煤層逐步向深部發(fā)展，最高溫度維持在1000-C上下；火區(qū)發(fā)展

4、過(guò)程中圍巖溫度異常區(qū)呈橢圓形分布，以燃盡區(qū)為主，高溫燃燒中心位于橢圓的右焦點(diǎn)附近，燃燒前方溫度異常相對(duì)較弱，頂板巖層溫度異常相對(duì)燃燒中心的位置存在相對(duì)滯后的趨勢(shì)。
　　探討了不同地表裂隙寬度對(duì)火區(qū)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(dǎo)致火區(qū)產(chǎn)生新的進(jìn)、出風(fēng)通道的情況下，當(dāng)火區(qū)進(jìn)風(fēng)裂隙寬度較小時(shí)，通過(guò)覆蓋火區(qū)地表出風(fēng)裂隙就能夠很好的控制火區(qū)的發(fā)展；當(dāng)進(jìn)風(fēng)裂隙寬度較大時(shí)，僅覆蓋地表出風(fēng)裂隙，進(jìn)風(fēng)裂隙中會(huì)形成循環(huán)流，循環(huán)流