VoL.27 No.6 张辛亥等：基于流场模拟的综放面自燃危险区域划分及预测 ◆643· 漏风强度却较小，因而煤氧化放出的热量能够使 均氧的体积分数值为C。,=12%,则空气中的氧 温度上升，最终可能引起自燃.因而“三带”划分 体积分数与实际氧体积分数的比例系数 的依据为2：散热带，>：室息带，C<C:氧 火-会-欲-175.(C新鲜风流氧体积分数，取 化升温带，(h>hmm)n(C>C)n(②<更n).根据煤自 21%).以采空区平均温度为30℃计，采空区浮煤 燃发火实验，东荣三矿煤样的极限浮煤厚度h= 最短自然发火期x一40d,可知采空区可能发生 0.8m:当浮煤厚度为4m时，自燃的下限氧体积 自燃的工作面极限推进速度为： 分数C==4%:上限漏风强度2=4×10-3m·s,对 应的渗流速度为1.6×10-2ms 134md 32采空区自燃危险区域划分 因此，当东荣三矿采煤工作面的推进速度大 将采空区内(c,y)坐标相同的点中，氧气体积 于1.34md时，采空区无自燃发火危险：当工作 分数最大值为C和漏风强度最小值为②的等 面在40d内的平均推进速度小于1.34md时，采 值线绘制在同一张平面图上，即得到采空区“三 空区将发生自燃.东荣三矿工作面实际平均推进 带”的分布见图4.从图可以看出，东荣三矿综一 速度为3.44md',所以工作面正常生产期间没有 轻放面采空区氧化升温带主要分布在进风侧距 发生自燃现象.2004年8月，工作面遇到断层使 离工作面26~20m,回风侧距离工作面26~60m, 其推进速度很慢（小于1md),一个月后工作面 距离工作面两侧煤柱0~5m的采空区.最大氧化 出现CO,之后工作面推进速度加快，CO逐步消 升温带处于工作面进风侧，其宽度为94m. 失.说明所求得的“三带”分布及工作面最小推进 速度基本符合实际规律. 160m 室息区 4结论 -140m 通过对采空区渗流场的数值模拟得到采空 -120m 区渗流速度大小及O2体积分数分布，结合实验测 100m 得的煤自燃发火期和自燃临界参数，可实现对采 C=C 空区“三带”的划分和对煤层自燃的预测.运用该 -80m 方法求得的东荣三矿综一轻放面氧化升温区分 氧化升温区 氧化升温区 -60m 布和综放面极限推进度等与矿井实际相吻合，该 方法计算量比模拟采空区煤自燃全过程少得多， -40m 但预测结果也能够满足实际防灭火需要，因而是 一种良好的方法. 00 20m 做热区 参考文献 0m T08 m [1】徐精彩，邓军，文虎，采煤工作面采空区可能发火区域分 118m 析.西安矿业学院学报，1998.18(1少13 图4轻放面采空区“三”带的分布 [2】徐精彩.煤自燃危险区域判定理论.北京：煤炭工业出版 Fig.4 Distribution of self-heating zone in mined out area 社，2001 [3]Xu JC,Deng J.Computer simulation of spontaneous combustion 3.3综放面极限推进速度确定 process of erushed coals around the tailgate close togob at fully 处于氧化升温带的松散煤体氧化放出的热 mechanized LTCC faces.In:Vie HP.Progress of the 29th Inter- 量发生聚积，使其温度从常温上升到燃点需要一 nationd Symposium on Computer Applications in the Minerals 定的蓄热时间，当工作面推进速度大于某一临界 Industries,Beijing,2001.565 [4]崔凯，张东海，杨胜强采空区遗煤自燃带确定及风流场数 值时，氧化升温带的煤温还没有上升到自燃温度 值模拟.山东科技大学学报（自然科学版），2002,21(4：88 就被甩到窒息带，从而不会发生自燃，这个临界 []文虎.综放工作面采空区煤自燃过程的动态数值模拟.煤 速度就是极限推进速度2.东荣三矿综一轻放 炭学报，2002,27(1)：54 面氧化升温带最大宽度L=94m.根据数值模拟 [5]Zhu MS,Xu YQ,Wu J.Computer simulation of spontaneous combustion in coal.In:Proceedings of the US Mine Vontilation 得到的采空区氧体积分数分布，氧化升温带内平 Symposium,Morgentown Wo USA,1991.88、 勺l 一 27 N O 一 6 张 辛亥 等 : 基于流 场模 拟的综 放面 自燃 危险 区域 划分 及预 测 . 64 3 . 漏 风 强度 却较 小 , 因而 煤氧 化放 出 的热 量 能够 使 温度 上 升 , 最终 可 能 引起 自燃 . 因而 “ 三 带 ” 划 分 的 依据 为 L以 ,l4 : 散 热带 , 乎口 口 ax ; 窒 息带 , C< mC in ; 氧 化 升 温 带 , h( > h ` ) n (>C 几 山 ) n ④姻 田 aX ) . 根 据 煤 自 燃 发火 实 验 , 东 荣三 矿 煤样 的极 限浮 煤厚 度 h缸 .0 8 m ; 当浮 煤 厚度 为 4 m 时 , 自燃 的下 限氧 体 积 分 数 氏 加 =4 % ; 上 限漏 风强 度口~ = 4 x 10 一 , m · s 一 ’ , 对 应 的 渗流 速度 为 1 . 6x 10 一 , m · s 一 , . 1 2 采 空 区 自燃危 险 区域 划 分 将 采空区 内x(, 力坐标 相 同的 点 中 , 氧 气 体积 分 数 最 大值 为几 山 和 漏 风强 度最 小值为虱 公 的等 值线 绘制 在 同一 张平 面 图上 , 即得 到 采 空 区 “ 三 带 ” 的分布 见 图 4 . 从 图可 以看 出 , 东 荣三 矿 综 一 轻放 面 采 空 区氧 化 升 温带 主 要 分布 在 进 风 侧 距 离工 作面 26 一 20 m , 回 风侧 距 离 工作 面 26 一60 m , 距 离工 作面 两 侧煤 柱 0一s m 的采 空 区 . 最大 氧 化 升温 带 处 于工 作 面进 风侧 , 其 宽度 为 94 m . 均 氧 的 体 积 分 数 值 为瓦 = 12% , 则 空 气 中 的氧 体 积 分 数 与 实 际 氧 体 积 分 数 的 比 例 系 数 1 %一一1 `一, `, , .1 _ _ _ 以 _ K 一 瓦二- = 1 . 75 . (已 新 鲜风 流 氧体 积 分数 , 取 21 % ) . 以采 空 区平均 温度 为 30 ℃ 计 , 采 空 区浮 煤 最 短 自然 发 火期 偏=4 o d , 可 知 采空 区可 能 发 生 自燃 的 工作 面 极 限推 进速 度 为 : L m. 二 , . , 蝙 = 虱不花= ` · 抖 m ` Q ` 因此 , 当东 荣三 矿 采煤工 作面 的推 进速 度 大 于 1 . 34 m · d 一 , 时 , 采 空 区无 自燃 发 火危 险 ; 当 工作 面在 4 0 d 内的平均 推进速 度 小于 1 . 34 m · d 一 ,时 , 采 空 区将 发生 自燃 . 东荣三 矿 工作 面 实际平 均 推进 速度 为 3 . 4 m · d 一 ’ , 所 以工 作面 正常 生产 期 间没有 发 生 自燃 现象 . 20 4 年 8 月 , 工 作 面遇 到 断 层使 其 推进 速度 很慢 ( 小于 l m · d 一 ’ ) , 一 个 月后工 作 面 出现 C O , 之 后 工 作面 推 进速 度 加 快 , C O 逐步 消 失 . 说 明所 求得 的 “ 三 带 ” 分布 及 工作面 最 小推 进 速 度基 本符 合 实 际规律 . 图 4 牡 放 回 米空 达 ” 二 ’ 带即 分 枷 F地 . 4 D is 们b u d o n o f , e -lf h e a血9 z o n e 恤 m 加 e d o u t a 代a 3 3 综放 面极 限推 进速 度确 定 处于 氧 化 升 温带 的松 散 煤 体 氧 化 放 出的 热 量 发生聚 积 , 使 其温 度从 常温 上 升到 燃 点需要 一 定 的蓄 热 时间 . 当工作面 推 进速 度大 于某 一 临界 值 时 , 氧化 升温 带 的煤温 还 没有 上升 到 自燃 温度 就 被 甩到 窒 息 带 , 从 而不 会 发生 自燃 , 这 个 临界 速 度就 是极 限推 进 速度 L,洲 . 东荣 三 矿综 一 轻放 面 氧 化 升温 带 最大 宽度 L矿94 m . 根 据数 值 模拟 得到 的采 空 区氧体 积分 数 分布 , 氧 化升 温 带 内平 4 结 论 通 过对 采 空 区渗流 场 的数 值 模 拟 得 到 采 空 区 渗 流速 度 大小及 0 2体 积 分数分 布 , 结 合实验 测 得 的煤 自燃 发火 期 和 自燃 临界参 数 , 可 实现 对采 空 区 “ 三 带 ” 的划分 和对 煤 层 自燃 的预测 . 运 用该 方 法 求 得 的 东 荣三 矿 综 一 轻 放面 氧 化 升 温 区 分 布 和综 放 面极 限推 进度 等 与矿 井实 际相 吻合 . 该 方法计 算量 比 模拟 采 空 区煤 自燃全 过程 少 得 多 , 但 预 测 结果 也能够 满足 实 际 防灭火 需 要 , 因而 是 一种 良好 的方 法 . 参 考 文 献 【l] 徐精 彩 , 邓军 , 文 虎 . 采 煤工 作面采 空 区 可能 发火 区 域 分 析 . 西 安矿业 学院 学报 , 19 9 8 , 1 8( l ) : 13 2[ ] 徐精 彩 . 煤 自姗 危 险区 域 判定 理论 . 北 京 : 煤 炭工 业 出版 社 , 2 0 0 1 [ 3 ] xu J c , D en g J . C om p ut e r s而ul iat on o f sp o n at n e ou s c o mb us ti o n orP e e s s o f e usr h e d c o a l s o un d het iat lg at e e l o se ot g o b at fu l ly m e e h an i z e d LT C C fa e e s . 位: 巧e H P P 和 g er s s o f ht e 29 ht I n t e r . n a t l o n d Sy m P o s i um o n C o m P ut er A P Pli e iat o ns in het M in e alr s 玩d u s itr e s , B e ij i n g , 2 0 0 1 . 5 6 5 4[ ] 崔 凯 , 张东海 , 杨胜 强 . 采 空 区遗煤 自燃 带确定及风 流场 数 值模 拟 . 山东科技 大 学学报 ( 自然 科学 版 ) , 2 0 2 , 21 (4 ) : 8 5[] 文虎 . 综放工 作面 采空 区煤 自燃过 程的 动态数 值 模拟 . 煤 炭 学报 , 2 0 0 2 , 2 7( l ) : 54 〔5 ] Z h u M S , Xu Y Q , w O J . C o mP u t e r s lm u l而on o f sP o n at 叮 e o us e o m b u s it o n i n e oal . ih : Por e e e d i n g s o f hte U S M in e Vo int lat i o n S y m P o s l u t 口, M o 电 e nt o w n w 匕 U S A , 19 9 1 . 8 8