周佩玲等：非均质孔隙率采空区氧化升温规律四维动态模拟 ·1357· 3结果验证 间为16d,结果如图14所示. 320 ☐模拟值 本次研究结果在现场进行了实验验证，该矿使用 实测值 最大温差为13K 了束管监测系统，工作面推进速度为2.4md.采空 315 区预埋测温探头的方法有两种，一种是沿顺槽预埋，另 一种是沿工作面预埋，虽然沿工作面预埋探头能全面 310 监测采空区的温度，但现场施工难度大，不易布置测温 305 点，所以采用了沿顺槽预埋测温点的方法，由于采空区 最小温差为0.3K 具有传热传质的特点，温度场内部各点之间存在着相 300 互影响相互制约的作用，所以沿顺槽测温得到进风侧 和回风侧的结果，在一定误差范围内可以反应采空区 295 1" 2 3 4" 6 内温度场的特点.在进风和回风侧分别沿煤壁布置6 个测点，每个测点利用二寸三通接头盒与主管相连，每 图1416d后各测点温度模拟值与实测值对比 个测点设置一个温度探头和取样束管.具体位置如 Fig.14 Comparison between the simulated and measured values of measuring point temperatures after 16d 图12所示.自2015年8月1日监测点建立，之后每天 测温一次，并记录数据 从图13和图14的结果可知，采空区的进风侧和 回风侧升温过程的模拟值与实测值基本吻合，各测点 煤柱 联络巷 最后温度值也基本吻合。实测值比模拟值小，存在误 差，但误差较小，整体上趋势是一致的，所以可以认为 采空区的升温规律模拟结果能较为准确地反应实际采 空区的升温规律，验证了数值模型的正确性. 4结论 (1)非均质多孔介质四维动态模型能较好地反应 回风巷 采空区孔隙率随空间和时间的变化，空间某位置的孔 隙率随工作面的推进呈负指数形式减小，模拟结果更 图12采空区监测点布置图 接近实际情况. Fig.12 Layout of monitoring points in the gob (2)动态推进采空区高温点的温度随着时间呈指 从两个角度对模拟结果进行验证：首先，对测温点 数增长，推进速度是影响升温过程的重要因素.高温 的升温规律进行验证，根据整理数据的结果，选取温度 点温度与工作面推进速度呈负指数关系，推进速度为 变化较明显的测点进行研究，在进风侧选取1“测点， 1.2m·d时的平均升温速率为1.5K·d,是推进速 回风侧选取4测点，结果如图13所示：其次，对工作面 度为6md时平均升温速率的7.5倍：对比U型通风 推进一段时间后各测点的最后温度进行对比，观察时 采空区，U+L通风采空区尾巷的存在使得采空区温度 308 310 场范围扩大，温度升高。 308 (3)工作面推进速度越大，高温区域深度越大，推 306 进风侧模拟值 进速度为1.2md时高温位置深度为60m,当推进速 306 度为6m·d时可以到达75m,高温区域向深部移动 304 ●个 进风侧实测偵 15m,这对采空区遗煤自燃的防治极为不利. 304 可风侧模拟值 (4)随着推进速度的减小，氧浓度场中氧化升温 302 — 带的内边界深度减小，从而越靠近工作面.氧化升温 回风侧实测值 带在进风侧范围为55~130m,在回风侧深度和宽度都 300 2 300 6810121416 最小，范围为2~25m,尾巷的联络巷始终处于氧化升 4 开采时问d 温带中 图13采空区不同位置升温过程模拟值与实测值对比 (⑤)推进速度越大，C0释放量越小.C0主要从 Fig.13 Comparison between the simulated and measured values of 尾巷流出，尾巷释放的C0量是回风巷C0释放量的 the temperature rising process in the gob 10倍.周佩玲等: 非均质孔隙率采空区氧化升温规律四维动态模拟 3 结果验证 本次研究结果在现场进行了实验验证，该矿使用 了束管监测系统，工作面推进速度为 2. 4 m·d － 1 ． 采空 区预埋测温探头的方法有两种，一种是沿顺槽预埋，另 一种是沿工作面预埋，虽然沿工作面预埋探头能全面 监测采空区的温度，但现场施工难度大，不易布置测温 点，所以采用了沿顺槽预埋测温点的方法，由于采空区 具有传热传质的特点，温度场内部各点之间存在着相 互影响相互制约的作用，所以沿顺槽测温得到进风侧 和回风侧的结果，在一定误差范围内可以反应采空区 内温度场的特点． 在进风和回风侧分别沿煤壁布置 6 个测点，每个测点利用二寸三通接头盒与主管相连，每 个测点设置一个温度探头和取样束管． 具体位置如 图 12 所示． 自 2015 年 8 月 1 日监测点建立，之后每天 测温一次，并记录数据． 图 12 采空区监测点布置图 Fig． 12 Layout of monitoring points in the gob 图 13 采空区不同位置升温过程模拟值与实测值对比 Fig． 13 Comparison between the simulated and measured values of the temperature rising process in the gob 从两个角度对模拟结果进行验证: 首先，对测温点 的升温规律进行验证，根据整理数据的结果，选取温度 变化较明显的测点进行研究，在进风侧选取 1# 测点， 回风侧选取 4# 测点，结果如图 13 所示; 其次，对工作面 推进一段时间后各测点的最后温度进行对比，观察时 间为 16 d，结果如图 14 所示． 图 14 16 d 后各测点温度模拟值与实测值对比 Fig． 14 Comparison between the simulated and measured values of measuring point temperatures after 16 d 从图 13 和图 14 的结果可知，采空区的进风侧和 回风侧升温过程的模拟值与实测值基本吻合，各测点 最后温度值也基本吻合． 实测值比模拟值小，存在误 差，但误差较小，整体上趋势是一致的，所以可以认为 采空区的升温规律模拟结果能较为准确地反应实际采 空区的升温规律，验证了数值模型的正确性． 4 结论 ( 1) 非均质多孔介质四维动态模型能较好地反应 采空区孔隙率随空间和时间的变化，空间某位置的孔 隙率随工作面的推进呈负指数形式减小，模拟结果更 接近实际情况． ( 2) 动态推进采空区高温点的温度随着时间呈指 数增长，推进速度是影响升温过程的重要因素． 高温 点温度与工作面推进速度呈负指数关系，推进速度为 1. 2 m·d － 1时的平均升温速率为 1. 5 K·d － 1，是推进速 度为 6 m·d － 1时平均升温速率的 7. 5 倍; 对比 U 型通风 采空区，U + L 通风采空区尾巷的存在使得采空区温度 场范围扩大，温度升高． ( 3) 工作面推进速度越大，高温区域深度越大，推 进速度为 1. 2 m·d － 1时高温位置深度为 60 m，当推进速 度为 6 m·d － 1时可以到达 75 m，高温区域向深部移动 15 m，这对采空区遗煤自燃的防治极为不利． ( 4) 随着推进速度的减小，氧浓度场中氧化升温 带的内边界深度减小，从而越靠近工作面． 氧化升温 带在进风侧范围为 55 ～ 130 m，在回风侧深度和宽度都 最小，范围为 2 ～ 25 m，尾巷的联络巷始终处于氧化升 温带中． ( 5) 推进速度越大，CO 释放量越小． CO 主要从 尾巷流出，尾巷释放的 CO 量是回风巷 CO 释放量的 10 倍． · 7531 ·