煤层露头火区在自然通风影响下燃烧特性的研究

摘要

煤田火灾一般是由煤层露头火灾最先引起的，煤层火区的产生和发展必须具备良好的通风条件，一般是在自然通风影响下自主发生的煤层燃烧。因此针对煤层露头火区及其诱发煤层顶板冒落产生塌陷区“三带”，进行煤层露头火区在自然通风影响下燃烧特性的研究，对科学分析煤层露头火区燃烧过程，做好煤田火区防治工作，保护煤炭资源及生态环境，具有重大的意义。
　　根据调研露头火区上的一处煤层露头火区为研究对象，通过理论分析、实验研究及数值模拟研究相结合的方法对煤层露头火区在自然通风影响下燃烧特性进行研究。首先，运用补水法对煤层露头火区塌陷区构成的多孔介质区域的孔隙率进行测定实验，确定煤层露头火区塌陷“三带”多孔介质的孔隙率范围在0.35至0.45之间及孔隙率与渗透率关系式。其次，运用自制的煤层露头火区相似模拟实验装置对露头煤层燃烧过程进行实验室实验，得到了煤层燃烧与时间关系、煤层燃烧时温度与灾害后气体中氧含量的关系式及煤层燃烧时热释放速率。再次，对火区的相关理论及调研火区地质资料建立煤层露头火区物理模型及数学模型并对其进行分析，确定煤层露头通风系统动力系统及其相关模型的边界条件。最后，应用 Fluent软件对煤层露头火区火进行数值模拟，并对其结果进行分析得到煤层露头火区温度场、漏风流场及风压场的变化情况，进而掌握露头火区煤层燃烧过程一般规律；并根据拟结果验证了气体在煤层露头火区进风通道（冒落带及其充填区构成进风通道）的渗流运动符合多孔介质渗流理论中的达西定律。
　　通过上述理论分析、实验室实验及数值模拟研究分析得到煤层露头火区在自然通风影响下燃烧特性的一些参数及规律，对露头火区防治及其对煤层露头火区的进一步研究具有一定指导意义。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 研究现状

1.4 本文研究内容和方案

2 煤层露头火区孔隙率及其与渗透率关系测定研究

2.1 孔隙率及其影响因素

2.2 孔隙率的相似测定原理及其步骤

2.3 孔隙率的相似测定结果分析

2.4 孔隙率与渗透率关系分析

2.5 本章小结

3 煤层露头火区通风动力及其相似模拟实验的研究

3.1 煤层露头火区通风系统分析

3.2 煤层露头火区通风系统动力

3.3 煤层露头火区相似模拟实验

3.4 本章小结

4 煤层露头火区的数学模型的研究

4.1 煤层露头火区的物理模型分析

4.2 煤层露头火区气体流场的数学模型分析

4.3 煤层露头火区温度场的数学模型分析

4.4 煤层露头火区气体组分输运数学模型分析

4.5 本章小结

5 煤层露头火区的数值模拟研究

5.1 煤层露头火区数值模拟技术

5.2 煤层露头火区模型网格划分

5.3 煤层露头火区计算模型

5.4 煤层露头火区数值模拟结果与分析

5.5 露头火区煤层燃烧过程的一般规律

5.6 煤层露头火区进风通道验证分析

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

在学研究成果

致谢