基于多孔介质流体动力学的采空区浮煤自热灾害预测

摘要

煤氧化引发的自热灾害是煤矿安全的重大隐患.如果氧化热不能有效的向周围环境散失,煤岩体温度将不断升高,从而引起煤炭自然发火甚至爆炸.为了预测煤自热灾害,必须了解采空区内流场和温度场的分布情况,而采空区内复杂的多孔特性和易塌陷性给解决热流场分布提出了巨大的挑战.本文基于多孔介质的体积平均理论,建立了一种适用于回采工作面及采空区内传热传质过程的理论模型,引入Brinkman-Forchheimer-扩展Darcy模型来描述煤岩体对风流产生的惯性和摩擦力.此外,分析了煤矿井下采空区塌陷的各种条件,建立了采空区孔隙二雏分布模型.通过三组实验室或现场测试数据的模拟发现,流场、温度场的模拟分析解果与实际情况吻合较好,验证了模拟的准确性.这些结果将为预测采场中遗煤自燃的发生区域和采场空调降温设计提供基础数据和科学依据.