高瓦斯易自燃采空区遗煤自燃与瓦斯灾害耦合研究

在同一回采采空区流场中，将遗煤自燃和瓦斯涌出二者综合考虑，基于冒落介质气体渗流连续性方程、多组分气体混溶渗流扩散方程和多孔介质综合传热方程，建立采空区自然发火与瓦斯涌出耦合数学模型，并构成在理论上的创新点。采用数值模拟方法结合模型实验台，从理论上深入研究采空区自燃与瓦斯二灾害耦合作用机理和互动作用的一般规律。以现场试验实测获得采空区气体浓度和温度等表象数据，通过参数反演和实验室测定工作获得基础参数。重点研究在非稳定条件下自燃与瓦斯爆炸二灾害发生的耦合机理和灾害叠加（爆炸）条件，考查采非稳定边界条件下灾害条件动态过程，以期达到合理确定工作面通风、开区瓦斯抽放和注氮等技术参数，为解决当前高危自燃、高瓦斯工作面开采的安全技术问题，以及科学实施安全措施提供理论依据，丰富采空区场流安全理论内容。

据资料的抽样调查，我国主要矿区的229座矿井中，其中74 对具有瓦斯与煤自燃共存的灾害，比例大致占三分之一。且随着开采深度增加，此类复合灾害的矿井数具有增多的趋势。这种共存现象主要体现的场所是工作面后方采空区。为此，研究瓦斯与煤自燃共存的内在关联性及致灾机理。.它涉及采空区裂隙场、漏风流场、多组分气体浓度场（即CH4浓度场、O2浓度场、N2浓度场）和温度场4 场耦合问题，多场耦合是瓦斯与煤自燃共存灾害矿井致灾的充要条件和关键条件。项目研究建立了典型煤岩体裂隙场中气体运移数学模型，并结合实例量化分析了O2、CH4、CO、N2等的体积分数与采空区冒落介质场中风流运移速度关系；结合工程实际，剖析了瓦斯与煤自燃共存灾害的案例，从实际上验证了多场耦合致灾机理。.基于冒落介质气体渗流连续性方程、多组分气体混溶渗流扩散方程和多孔介质综合传热方程，建立了采空区自然发火与瓦斯涌出耦合数学模型，并构成在理论上的创新点。采用2D-3D数值模拟方法结合模型实验台实验数据和现场观测数据，从理论上深入研究2D-3D采空区自燃与瓦斯二灾害耦合作用机理和互动作用的一般规律。以现场试验实测获得采空区气体浓度和温度等表象数据，通过参数反演和实验室测定工作获得基础参数。.研究在非稳定条件下自燃与瓦斯爆炸二灾害发生的耦合机理和灾害叠加（爆炸）条件，考查采非稳定边界条件下灾害条件动态过程，以期达到合理确定工作面通风、开区瓦斯抽放和注氮等技术参数，为解决当前高危自燃、高瓦斯工作面开采的安全技术问题，以及科学实施安全措施提供理论依据，丰富采空区场流安全理论内容。.项目研究解决了如下几方面的具体问题： 1）完成了3D采空区冒落非均质的几何模型的建立；2）构建了统一的采空区非线性渗流-多组分气体-温度场和非均匀耗氧的数值模型。3）基于RNG k-ε湍流模型构建了3D采空区瓦斯上浮贮移CFD模型；4）开展了3D采空区瓦斯与自燃一般规律研究；5）结合现场实际进行了采空区瓦斯与自燃耦合问题的一系列理论与应用研究。为企业采空区瓦斯与自燃的防灾工作提供了理论与仿真技术指导。