动态采空区煤自燃氧化升温机制的模拟研究

发布时间：2021-05-24 09:09

　　在工作面的推进过程中,通过模拟以及现场监测相结合的方式对采空区遗煤氧化升温情况进行预测预报,以确定采空区遗煤自燃的危险性和高温热源的位置,可为采空区煤自燃的治理提供及时有效的预防手段。本文基于采空区煤自燃多场耦合理论,对工作面推进下动态采空区煤自燃氧化升温开展了模拟研究,为现场煤自燃防治工作提供依据。为描述采空区煤自燃过程中各物理场随工作面推进的动态变化,实现推进过程中采空区几何边界移动步距与物理场分布变化的相适应性,本文提出了一种“定坐标系,变物理场”的非稳态模拟方法,分析工作面推进对采空区遗煤所处渗流和氧化环境的动态作用。基于所建立的模拟方法,模拟了义马矿区13210工作面不同推进距离下及推进速度下采空区渗流参数、氧气浓度场和温度场的动态分布,并结合现场结果分析模拟数据,进一步确定了模拟方法的有效性。研究结果表明:动态采空区的煤自燃演变模拟方法较好地体现了工作面推进对采空区几何尺寸和物理环境的双重作用,实现了动态采空区煤自燃过程中几何尺寸变化与物理场分布的一致性,反映了煤自燃多场分布变化与采空区尺寸的关联性;由模拟结果分析可知,采空区煤自燃的物理场分布受采空区几何边界移动影响呈现阶... 

【文章来源】：河南理工大学河南省

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 煤自燃机理
        1.2.2 煤自燃过程试验研究
        1.2.3 采空区煤自燃数值模拟研究
        1.2.4 存在问题及探讨
    1.3 主要研究内容
    1.4 技术路线
2 动态采空区煤自燃演变过程分析
    2.1 动态采空区煤自燃多场的变化
    2.2 煤自燃多场与采空区几何尺寸匹配关系
        2.2.1 氧化时间与采空区尺寸的匹配关系
        2.2.2 氧化范围与采空区尺寸的匹配关系
    2.3 本章小结
3 动态采空区煤自燃模拟方法的提出
    3.1 COMSOL MULTIPHYSICS软件简介
        3.1.1 COMSOL Multiphysics软件体系
        3.1.2 COMSOL在采空区遗煤自燃研究的应用
        3.1.3 COMSOL with Matlab的应用
    3.2 动态采空区煤自燃模拟方法
        3.2.1 算法流程的推导
        3.2.2 物理场的调用与连续求解
    3.3 采空区煤自燃多场耦合数值模型
        3.3.1 基本假设
        3.3.2 煤自燃控制方程
        3.3.3 渗透率演变方程
    3.4 本章小结
4 动态采空区煤自燃模拟方法的实现
    4.1 耿村矿13210工作面采空区参数及模型建立
        4.1.1 13210工作面概况
        4.1.2 模型参数及边界条件设置
    4.2 不同推进距离下采空区渗流属性分布
    4.3 不同推进距离下采空区氧气浓度场分布
    4.4 不同推进距离下采空区自燃“三带”分布
        4.4.1 采空区自燃“三带”分布划分标准
        4.4.2 流速划分下采空区自燃氧化带变化
        4.4.3 氧体积分数划分下采空区自燃氧化带变化
        4.4.4 动态采空区自燃氧化带宽度的变化
    4.5 工作面推进下动态采空区温度分布特征
        4.5.1 不同推进距离下采空区自燃温度场分布
        4.5.2 不同推进距离下采空区煤自燃氧化升温关系分析
    4.6 现场验证
    4.7 本章小结
5 动态采空区不同推进速度下氧化升温规律模拟
    5.1 动态采空区不同推进速度下氧气浓度分布规律
    5.2 动态采空区不同推进速度下采空区温度分布特征
        5.2.1 不同推进速度下最高温度变化
        5.2.2 不同推进速度下高温区域变化
    5.3 不同推进速度下采空区耗氧升温关系
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集



本文编号：3203949