开区注氮采空区自燃温度场的数值模拟研究

为了研究开区注氮采空区遗煤自燃和被抑制的力学过程，用非均质多孔介质中的渗流连续性方程、气体弥散方程和综合传热方程的联立，建立了采空区注氮非定常数值模型．结合实例，用迎风格式有限元方法求解．给出了采空区的漏风流态、氮气流态，描绘了采空区自燃过程中氧、CO浓度和温度分布的变化过程．计算考虑了瓦斯涌出和工作面推进的影响．得到注氮条件下采空区高温区形状变窄；随着注氮量的提高，使自然发火期逐渐变长，直至不自燃．理论计算与实际情况吻合．     

采空区流场非达西渗流一种新的迭代算法

对Bachmat非线性渗流方程求解问题，结合采空区问题的力学特点，提出基于变渗透率达西 (Darcy)渗流求解非线性渗流的迭代算法. 建立了冒落采空区非线性漏风流态的有限元数 值模型，通过对复杂边界采空区的漏风渗流的计算，得到与实际流态更接近的流动规律(风 压等值线和流函数线)和采空区漏风强度分布(速度场). 结果表明，迭代算法是振荡性收 敛的，收敛速度快；与Darcy渗流相比，采空区非线性渗流速度场趋向于平缓，在工作面附 近30\,m范围内最大风速降低到原来的0.61倍，其余大部分区域速度略有增加. 迭代方法满 足工程要求.     

前进式U形通风采空区风流与自燃的数值模拟

基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型 通风采空区自然发火模型. 通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟 计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-Ohttp://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj200804005.aspx前进式开采U型通风;采空区;风流规律;自燃温度场;有限元; 基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型 通风采空区自然发火模型. 通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟 计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-Ohttp://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj200804005.aspx前进式开采U型通风;采空区;风流规律;自燃温度场;有限元; 基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型 通风采空区自然发火模型. 通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟 计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-Ohttp://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj200804005.aspx前进式开采U型通风;采空区;风流规律;自燃温度场;有限元;基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型通风采空区自然发火模型.通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-O2-CO浓度和温度分布状态及其变化来描述自燃过程.在计算中,采空区非均质性按自然冒落考虑,兼顾瓦斯涌出对自燃的耦合作用;模拟得到,在前进式开采特有的3面漏风边界条件下,采空区自燃位置(最高温点)在开切眼冒落区进风一侧,自燃产生的有害气体和瓦斯随漏风流从回风边界渗出.在前进开采U型通风形式下,通风量在到达工作面时衰减很大,因此,前进开采布置一次推进距离不易过大;解决好沿空留巷的封堵材料和正确的堵漏措施,是保证前进式开采顺利进行的技术关键.     

综放工作面煤柱内漏风与耗氧过程的数值模拟

对综采放顶煤工作面采空区隔离煤柱内的漏风流动规律及氧浓度消耗变化过程用数值模拟方法进行了研究,求解了空气在煤体流场中的漏风渗流方程和氧浓度分布的动态变化过程,为分析松散煤柱体内自然发火的产生过程和判断自然发火危险带的深度提供一种新方法。     

任意形冒落非均质采空区流场流态数值模拟

为研究冒落非均质采空区流场流态及其随边界条件的变化，基于多孔介质渗流方程建立了采空区漏风流态的有限元数值模型，结合现场实例，从宏观上描绘了复杂几何形状采空区的漏风流态（风压分布等值线和流函数线），给出更准确的流态图形分布解．指出用流函数Laplace方程修正函数，对复杂形状和沿多边界方向非均质的采空区流场计算，仍能满足流网正交，其正交性可通过剖分网格精度来控制，得到采空区漏风强度沿固壁边界附近的冒落非压实区相对较大，工作面上下端附近处的漏风强度很大，并直通采空区深部。     

综放极限平衡区顶煤渗透性的计算模型

基于放顶煤开采中顶煤渗透率对工作面安全生产的重要性, 对煤壁前方极限平衡区内顶煤渗透率的变化规律进行了研究. 应用损伤力学和数理统计方法对顶煤垂直和水平应变进行了研究分析, 并建立了数学模型. 以甲烷气体为渗流体, 应用自制三轴实验机对煤样体积应变与渗透率的关系进行了试验研究, 并利用多项式拟合方法对试验结果进行了分段拟合. 结果表明：根据所建立的顶煤应变计算模型, 可以求出综放顶煤内任意点的体积应变, 且顶煤的水平应变与其距底板的高度无关. 依据试验及拟合所得到的煤体体积应变与渗透率的函数关系, 可以求得顶煤内任意点渗透率. 最后对计算模型进行了实践检验.     

FTIR和XRD在断层构造煤结构分析中的应用

为探究断层构造作用对煤化学结构特征和微晶结构特征的影响，采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)分析，对红庆梁矿和段王矿的原生煤及断层构造煤进行分析。结果表明，受断层构造作用影响，红庆梁、段王断层构造煤中苯环二取代、苯环四取代的含量明显大于原生煤，苯环三取代和苯环五取代的含量低于原生煤，断层构造煤中C—O—C伸缩振动、—CH₂反对称弯曲振动、—CH₃、—CH₂和芳环—OH含量均多于原生煤，断层构造煤中醚C—O振动、芳烃CC、—CH和OH—π含量低于原生煤。红庆梁、段王断层构造煤的芳碳率f_a是原生煤的1.01和1.03倍，芳环缩合度DOC是原生煤的1.01倍和3.7倍，CH₂/CH₃值是原生煤样的0.933倍和0.94倍，芳香度I分别是原生煤样的1.01倍和1.34倍。说明断层构造作用促使官能团和脂肪链脱落，增加煤的缩聚程度，降低煤中脂肪侧链的长度，增大芳香结构含量。XRD测试结果表明，原生煤和断层构造煤具有相近的矿物组分，断层构造作用未对煤...