采空区瓦斯抽放与自燃“三场”耦合作用机理研究

Gas drainage is widely used in solving the problem of goaf, however it’s often accompanied spontaneous combustion. This project intends to use some methods such as theoretical analysis, numerical simulation, industrial test and laboratory experiment to research what’s the coupling effect between negative pressure and“three fields”(flow field, concentration field, temperature field),and build a dynamic model of the changing gas composition. Compared with the differences of “three zones” between before and after gas drainage, we’ll adopt the simulation technique of software to know how the "three fields" distributed. According to the similarity theory, we rebuild a the simulation technology experiment table to process similar material test. In the use of tube ,the detection of goaf gas, oxygen, carbon monoxide and temperature of the mined-out area have proved the the result of numerical simulation and similarity simulation. According to the law of dynamic model of changing “three fields” study under the condition of drainage in the goaf, we have set the reasonable parameter of gas drainage in order to avoiding breeding fire, improve the disaster of the mined-out area and reduce the occurrence of coal mine fire accident.

瓦斯抽放是目前应用较广的解决采空区瓦斯问题的方法，然而在抽放过程中时常伴有采空区自燃的灾害。项目拟采用理论分析、数值模拟、工业试验、实验室实验等手段研究采空区瓦斯抽放过程中，抽放负压对采空区“三场”（流场、浓度场、温度场）的耦合作用机理，建立在瓦斯抽放过程中采空区内多组分气体的动态变化模型。运用软件模拟技术采空区的“三场”变化分布情况，对比采空区抽放前后自然发火“三带”的变化。根据相似理论改建采空区自然发火相似模拟实验台，进行相似模拟实验；通过束管等手段监测采空区内瓦斯、氧气、一氧化碳等气体浓度以及采空区温度，验证数值模拟和相似模拟结果。根据研究结果确定抽放条件下采空区内自燃“三带”的动态变化规律，最后为预防抽放条件下采空区自然发火提供合理的抽放参数，为提高采空区的抗灾性以及减少煤矿生产过程中火灾事故的发生提供理论依据和参考。

瓦斯抽放是目前应用较广的解决采空区瓦斯问题的方法，抽放负压的存在影响了采空区气体流场，从而改变了采空区气体浓度环境，影响到遗煤自燃特性，促使在抽放过程中时常伴有采空区自燃灾害。项目采用理论分析、数值模拟、工业试验、实验室实验等手段研究了采空区瓦斯抽放对 “三场”（流场、浓度场、温度场）的耦合作用机理。理论推导了抽放负压条件下的流场-浓度场耦合模型，结合傅里叶定律和多孔介质能量定律，确定了负压作用下采空区内部“三场”耦合模型；以高位钻孔、埋管抽放两种常见的采空区抽放方式为研究对象，对比分析了抽放前后采空区内气体浓度、温度变化，研究了抽放作用下采空区自然发火特性。探索了不同抽放负压条件对采空区自燃“三带”范围的影响规律，研究表明抽放瓦斯会造成氧化带宽度增加，即采空区自然发火危险区域增大。并且随着抽放负压增大，散热带和自燃带变宽，窒息带变窄；高温区域向采空区深部运移，且范围随负压增大而变宽；空气渗流速度随抽放负压增大而增大，渗流影响范围变宽。研究验证了理论分析的可靠性，并对采空区自燃提出了合理有效的防治措施。研究结果为采空区自燃防治、减少煤矿事故的发生提供了参考依据。