煤田火区非稳态温度场的数值模拟研究

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1、戀硕±学位论文煤田火区非稳、态温度场的数值模拟研究ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＵｎｓｔｅａｄｙＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｅｌｄｏｆＣｏａｌｆｉｅｌｄＦｉｒｅＡｒｅａ作者；杨正杰导师；仲晓星教授中国矿业大学二〇—五年五月中图分类号ＴＵ７５学校代码１０２９０ＵＤＣ密级公开纪２中逸义ｆ朵夫緣瑚女学位论文煤田火区非稳态温度场的数值模拟研究ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＵｎｓｔｅａｄＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｙＦｉｅｌｄｏｆＣｏａｌｆｉｅｌｄＦｉｒｅ

2、Ａｒｅａ国家自然科学基金项目（５１４７４２１０）资助ＮＴ－－教育部新世纪优秀人才支持计划项目（化１３１０２１）资助作者杨正杰导师仲晓星申请学位工学硕±培养单位安全工程学院学科专业安全科学与工程研究方向煤田火巧防治答辩委员会主席评阔人二〇－五年五月论文审阔认定书研究生杨正杰在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了，成绩合格研究生课程的学习；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结拘为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文

3、送专家评审。导师签字：年月日致谢心＇本论文是在仲晓星教授的悉指导和严格要求下完成的，在论文的选题、实验、数值模拟、理论分析和论文撰写整个过程中，仲老师多次认真指导并提出许，使Ｖ乂理清研究思路文研究方向多修改意见我可，把握论，同时在写作过程中也。王、学习到了很多知识年来，导师渊博的知识严谨的治学态度不仅使本人在学术上获益非浅。，而且还将对本人今后的发展和治学产生重要的影响在此，谨对导师互年来在学业、科研上的悉指导和帮助，在生活上的关怀表示最真擎的谢意。感谢陈看、王祥虎等在我的学习和论文写作中给予的无私帮助和密切配合

4、。‘Ｕ感谢中国矿业大学安全工程学院的各位领导、各位老师对我的关、帮助和支持！感谢国家自然科学基金委对本论文研究给予的资金支持。值此论文完成之际，谨向我的父母致Ｖ乂深切的谢意，谢谢他们对我学业的支理！持与解，生活上的关与照顾力曰最后，我十分感谢在百忙中评审论文和参答辩的各位专家教授和评委们，一们的不吝教诲与指导将是我下一并真诫地希望得到您进步的指教与帮助，您步王作的动力与努力的方向！摘要我国是世界上煤火灾害最为严重的国家，煤田火灾不仅烧毁大量煤炭资源，影响煤田开发，还产生大量有毒有害物质，污染环境、破坏生态。煤田火区的

5、发生和发展是一个动态变化过程，构建描述煤田火区演化特征的数学模型，分析煤田火区非稳态湿度场的演化规律，有助于深化对煤火发展规律的认识，为有针对性地制定防灭火措施提供理论支撑。ＴＧ－ＤＳＣ同采用步热分析仪对某火区煤样不同氧浓度下从低湿氧化、高温燃－Ｒ法烧直到燃尽的全过程进行了测试，利用ｑ／ｍ法和Ｃ对煤样不同反应阶段的、活化能和指前因子随温度和氧气浓度的变化进行了分析，得到了煤的反应速率燃尽时间与温度－、氧气之间的关系，建立了体现煤田火区贫氧特性的煤的氧化燃烧反应模型。从煤田火区多场禍合关系和非稳态特征两方面分析了煤火演化特征，

6、结合实－燃烧反应模型验得到的煤氧化，对已有的煤火数学模型进行了完善，建立了包括热－流－固－化各场控制方程和主要参数满合关系的煤田火区多场賴合数学模型。基于Ｗ上建立的数学模型，新疆某缓倾斜煤层火区为例，数值模拟了该火区的发生、发展过程，并对火区各阶段温度场的时空演化规律进行了分析，结果表明：遗煤在经过初期较长时间的低温氧化升温后，局部区域聚热形成高温区，一该区域煤的耗氧速率大幅増大，发展到定程度后，该高温区煤的反应受供氧量的控制一相对稳定的状态下逐渐向迎风侧移动此后，髙温区将维持在某，当靠；°１ＣＷ上，，达０００燃尽后，燃烧煤层逐

7、步近进风口时温度快速升髙；在髙温区ｌ向深部发展，最高温度维持在〇〇（ＴＣ上下过程中围岩温度异常区呈；火区发展、楠圆形分布，Ｗ燃尽区为主，高湿燃烧中屯位于備圆的右焦点附近，燃烧前方温。度异常相对较弱，顶板岩层温度异常相对燃烧中也的位置存在相对滞后的趋势探讨了不同地表裂隙宽度对火区地表裂隙覆盖降温效果的影响。在不考虑覆盖后热力作用导致火区产生新的进、出风通道的情况下，当火区进风裂隙宽度较小时，通过覆盖火区地表出风裂隙就能够很好的控制火区的发展；当进风裂隙宽度较大时，仅覆盖地表出风裂隙，进风裂隙中会形成循环流，循环流提供的氧气使火区继

8、续扩展，此时需进风与出风口同时覆盖才能