第２ｌ卷第５期

辽宁工程技术大学学报

２００２年１０月

些！；！！

型！；ｉ

！！！塑！！！！垒！！墅！ｇ！！！！！！！！！！！！：！！！！！￥

竺！

！！！！

文章编号】００８．０５６２（２００２）（）５—０５４５—０４

采空区自然发火“三带＂划分的数值模拟

李宗翔１，许端平１，刘立群。

（１辽宁工程技术』＇＿学职、ｌｐ技术学院．辽宁

阜新

１２３０００；２淮北煤业集团，安徽淮北２３５０００）

摘

要：结合实例，州迎风有限元方法求解了回采采空区漏风渗流方稗和氧气渗流耗散方程，从理论卜随叫采空区氧浓度分布的不均

衡性。用高氧浓度区与蓄热区选加确定采空区白燃氧化带，以及在各种边界条件下自燃氧化带形状所发牛的变化，得Ｈｌ自燃氧化带宽

度与丁作面风量近似呈负指数关系，由此导出采空医自然发火危险的判定条件。

关键词：采空区：氧浓度分布；自然发火：迎风有限元

中图号：ＴＤ

７５２ ２

文献标识码：Ａ

引

言

在回采过程中，采空区残留煤的氧化和瓦斯涌

出稀释使氧浓度降低，同时，因漏风流移动氧又得

到补给，因此，在采空区内自然形成了冷却带（不

白燃带）、自燃氧化带和窒息带等三带。“三带”的

划分是分析研究采空区自然发火早期成长的主要依

据，目前，“三带”划分多是直接依靠埋管取样测定

的方法来确定…。为克服实际井下取样点的布设位

置和数量的限制、提高数据资料的综合利用率，这

里用实测结果与计算机数值模拟方法相结合，借助

于图形显示技术，给出更详细直观的自燃氧化带形

状的数值解，以及当采空区几何条件和物理边界发

生变化时（如漏风、注氮等）自燃氧化带随之变化

的结果。

１流态与氧浓度控制方程及其求解

对简化的采空区二维非均质平面流场‘２１（图

１），漏风气体运动连续性方程为

ｄｉｖ（ｋ

ｇｒａｄｐ）：ｏ，ｋ：自Ｍ．垡！：兰！

（１）

置：一１

流函数方程为

ｄｉＶ（妒ｇｒａｄｌｌｆ，）＝Ｏ，毋

七（工，ｙ）

（２）

流场的修正函数。

ｑＬ、ｑ

Ｌ为采空区漏八漏出Ｍ量，口ｌ为内部漏风量

口为１：作面风量，ｍ

３，舢

图１采卒区流场儿何模型

Ｆ１９ ｌ

ｇｅｏｍｅｍｃ

ｍｏｄｅｌ ｏｆａｌｒ ｎｏｗ ｎｅＩｄ

Ｉｎ

ｇｏａｆ

在同一流场中，假设速度场是定常的，且是位

势流动，氧浓度消耗变化过程方程

ｄ，

ｎ等＝ｎ

ｄｉｖ（Ｄｇｒａｄｃ）一ｄｉｖ（ｃＶ）＋ｗ，

ｏｆ

在新风边界上ｃ＝ｃ，、

（３）

式中ｃ为氧浓度，ｍｏｖｍ３；ｃｏ标准空气中氧气浓度，

ｍ０１，ｍ’；Ｄ是氧气弥散系数张量‘”，ｍ２ｍ，ｙ为由ｆ１）

式解出的渗流速度场函数；ｆ为时间变量，＾：Ⅳ是

采空区耗氧汇项，ｍｏｌ／（ｍ３ｈ）。考虑采空区内煤矸氧

化和瓦斯涌出的稀释作用，耗氧模型取下式计算

Ⅳ：一（盟＋！丝坠Ｈ１

１三（４）

ｃｏ

ｎ圩＋ＷｃＨ４’Ｈ

式中Ｐ为风压，Ｐａ；ｔ为采空区‘点０，ｙ）的平面渗

透系数，ｍ３，（Ｐａ．。）；自为待定系数，二弓（Ｐａ．ｓ）：

式中ｒ。松散煤矸混合体在标准空气中的耗氧速

Ｍ为煤采高，ｍ：琊为采空区冒落碎胀系数，ＫＪ

度，ｍ。ｌ／（ｍ３ｈ）；圩Ｉ为松散煤矸混合体高度；ｗｃＨ。

为初始冒落碎胀系数；Ｖ为流函数：曲为非均匀

为采空区内部瓦斯涌出强度，ｍ州（ｒｎ２ｈ）。

收稿日期：２００Ｉ．１２，２４

作者简介：李宗翔（１９６２－），男，黑龙江绥化人，硕士，副教授。本文编校：孙树江

　

万方数据