王少锋等：地下煤火燃空区冒落岩体孔隙率随机分布规律 ·549· 这是由孔隙率分布的随机波动性导致的 外热像仪对孔底温度进行成像分析.热像照片见图9 为了验证孔隙率模型的合理性和模拟结果的正确 图中所示，A点孔底温度为313.3℃，B点为262.8℃， 性，特选取模拟结果分界明显的A、B和C三点.依据 C点为160.3℃，模拟温度与实测温度的最大差异率 其方位坐标，通过地面钻机施工对应的三个探温钻孔， 为3.2%，吻合度高，说明随机离散化非均质孔隙率分 施工到指定水平后，拔出钻杆，并用沙袋进行封孔.为 布控制下的燃空区能很好地符合实际情况，此模型应 了消除打钻对温度的影响，特在1d后利用手持式红 用于地下煤火燃空区传热传质模拟更具合理性. 400 350 300 燃空区 300 250 250 200 燃烧区 200 10o 150 煤体 50 100 100 150200250 300 350 400 东西向细 图8煤层平面上温度场分布云图 Fig.8 Nephogram of the temperature field (b) 925 图9探温钻孔的热像照片.(a)点A:(b)点B:(c)点C Fig.9 Infrared thermal imaging photos:(a)Points A:(b)Point B:(c)Point C 率连续分布和随机离散化分布，在整体的变化趋势上 5结论 是相同的，区别之处在于随机离散化分布所表示的孔 (1)孔隙率函数(3lno-2ln(1-p))作为随机变 隙率具有一定的随机波动性 量近似服从正态分布：在试验的粒径范围内(30~ (3)将此孔隙率随机离散化分布模型应用于煤火 180mm),随机变量的期望和方差都随着岩块粒径的 影响区内温度场的数值模拟，具有随机离散化非均质 增大而增大，期望由-3.52增大到-1.30，方差由 孔隙率分布特性的燃空区相对于煤体，其温度场分布 0.246增大到0.522：冒落岩体的孔隙率整体上随着岩 的不规则性和波动性较为明显.利用红外测温验证了 块粒径的增大而增大 模拟的准确性，说明随机离散化非均质孔隙率分布模 (2)提出了地下煤火燃空区冒落岩体孔隙率的连 型能很好地符合实际情况，可为研究地下煤火燃烧系 续非均质分布模型和随机离散化非均质分布模型，并 统的供氧排烟、蓄热散热、动态发展等特性，以及灭火 经结合实例分析了矩形燃空区孔隙率的分布特性，得 介质的流动扩散特性提供重要参量 出以下结果：燃空区浅部及边缘侧冒落岩体的孔隙率 大，而中间区域孔隙率小：孔隙率等值线在xy平面上 参考文献 的投影呈侧躺的“U”形分布：沿x轴，随着深入燃空区 [Stracher G B,Taylor T P.Coal fires burning out of control around 距离的增加，孔隙率呈类负指数形式衰减.此外，孔隙 the world:thermodynamic recipe for environmental catastrophe王少锋等: 地下煤火燃空区冒落岩体孔隙率随机分布规律 这是由孔隙率分布的随机波动性导致的． 为了验证孔隙率模型的合理性和模拟结果的正确 性，特选取模拟结果分界明显的 A、B 和 C 三点． 依据 其方位坐标，通过地面钻机施工对应的三个探温钻孔， 施工到指定水平后，拔出钻杆，并用沙袋进行封孔． 为 了消除打钻对温度的影响，特在 1 d 后利用手持式红 外热像仪对孔底温度进行成像分析． 热像照片见图 9． 图中所示，A 点孔底温度为 313. 3 ℃，B 点为 262. 8 ℃， C 点为 160. 3 ℃，模拟温度与实测温度的最大差异率 为 3. 2% ，吻合度高，说明随机离散化非均质孔隙率分 布控制下的燃空区能很好地符合实际情况，此模型应 用于地下煤火燃空区传热传质模拟更具合理性． 图 8 煤层平面上温度场分布云图 Fig． 8 Nephogram of the temperature field 图 9 探温钻孔的热像照片． ( a) 点 A; ( b) 点 B; ( c) 点 C Fig． 9 Infrared thermal imaging photos: ( a) Points A; ( b) Point B; ( c) Point C 5 结论 ( 1) 孔隙率函数( 3lnφ － 2ln( 1 － φ) ) 作为随机变 量近 似 服 从 正 态 分 布; 在 试 验 的 粒 径 范 围 内 ( 30 ～ 180 mm) ，随机变量的期望和方差都随着岩块粒径的 增大而 增 大，期 望 由 － 3. 52 增 大 到 － 1. 30，方 差 由 0. 246 增大到 0. 522; 冒落岩体的孔隙率整体上随着岩 块粒径的增大而增大． ( 2) 提出了地下煤火燃空区冒落岩体孔隙率的连 续非均质分布模型和随机离散化非均质分布模型，并 经结合实例分析了矩形燃空区孔隙率的分布特性，得 出以下结果: 燃空区浅部及边缘侧冒落岩体的孔隙率 大，而中间区域孔隙率小; 孔隙率等值线在 x--y 平面上 的投影呈侧躺的“U”形分布; 沿 x 轴，随着深入燃空区 距离的增加，孔隙率呈类负指数形式衰减． 此外，孔隙 率连续分布和随机离散化分布，在整体的变化趋势上 是相同的，区别之处在于随机离散化分布所表示的孔 隙率具有一定的随机波动性． ( 3) 将此孔隙率随机离散化分布模型应用于煤火 影响区内温度场的数值模拟，具有随机离散化非均质 孔隙率分布特性的燃空区相对于煤体，其温度场分布 的不规则性和波动性较为明显． 利用红外测温验证了 模拟的准确性，说明随机离散化非均质孔隙率分布模 型能很好地符合实际情况，可为研究地下煤火燃烧系 统的供氧排烟、蓄热散热、动态发展等特性，以及灭火 介质的流动扩散特性提供重要参量． 参 考 文 献 ［1］ Stracher G B，Taylor T P． Coal fires burning out of control around the world: thermodynamic recipe for environmental catastrophe． · 945 ·