移动坐标下采空区自然发火无因次模型及其判别准则研究

自燃火灾是煤矿重大灾害之一，在煤矿自燃火灾中60%以上为采空区自然发火。采空区自然发火是采空区内的气体温度、渗流速度、氧气浓度三者相互作用引起采空区气体和煤岩的温度变化而引起的，影响因素多，关系复杂。本项目依据煤氧复合理论、达西定律、菲克定律和质量、能量、动量守恒方程，根据采煤工作面移动的特点，建立动坐标下的温度场、速度场、浓度场耦合数学模型；通过无因次分析，建立无因次采空区自然发火数学模型，研制数值计算软件；设计煤的升温氧化实验，测定煤的耗氧速度和放热强度等相关参数；通过对采空区顶板的冒落特性的分析和现场观测，得出采空区孔隙率和透气性系数的分布规律；通过对不同条件下自然发火模型的解算预测采空区自然发火的危险性，分析其与各无因次准数的关系，确定采空区自然发火的无因次判别准数及其判别指标，提出预防自然发火的措施。研究成果对防治采空区自然发火有重要的理论和实际意义。