一种非达西渗流下的采空区三维自然发火危险预测方法和系统技术方案

本申请涉及煤矿开采技术领域，具体提供一种非达西渗流下的采空区三维自然发火危险预测方法和系统。该方法包括：基于岩石力学伺服试验，根据预设模拟条件，确定采空区在预设模拟条件下的非达西渗流系数值和非达西因子值，以构建所述采空区的非达西渗流模型；基于预先建立的所述采煤条件下采空区内的速度场模型和所述非达西渗流模型，构建非达西渗流下所述采煤条件下采空区的三维多场耦合模型并开发采煤条件下非达西渗流的采空区自然发火三维数值模拟仿真软件，以对所述采空区的自然发火危险进行预测。籍此，更加精准的模拟采空区各物理场的分布情况以及参数，对采空区的自然发火危险进行预测，为采空区火灾防治提供科学准确的理论依据。确的理论依据。确的理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种非达西渗流下的采空区三维自然发火危险预测方法和系统


[0001]本申请涉及煤矿开采
，特别涉及一种非达西渗流下的采空区三维自然发火危险预测方法和系统。

技术介绍

[0002]煤矿安全生产受火灾的严重威胁由来已久，采空区遗煤自然发火是引发矿井火灾的源头。随着生产的进行，采煤条件下工作面不断向前推进，导致采空区扩大为一个巨大的空间体，其中，由工作面漏入的新鲜风流、推进过程的遗留煤炭、煤柱、冒落矸石等使得采空区内部环境变得十分复杂。其内部的温度、氧浓度、压力等主要参数均无法直接测量，因此，无法判断采煤条件下采空区内是否存在自然发火风险以及高温区域所在位置。
[0003]目前，基于二维达西渗流条件下的采空区自然发火模型在对采空区自然发火倾向、高温区域预测的结果与实际观测存在较大误差，无法准确的判断采空区的自然发火风险、以及高温区域所在位置，不能对采空区“自燃”三带划分提供准确的理论指导。
[0004]因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种非达西渗流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非达西渗流下的采空区三维自然发火危险预测方法，其特征在于，包括：步骤S101、基于岩石力学伺服试验，根据预设模拟条件，确定采空区在预设模拟条件下的非达西渗流系数值和非达西因子值，以构建所述采空区的非达西渗流模型；其中，所述非达西渗流模型表征所述采煤条件下采空区的非达西渗流系数、非达西因子和所述采空区的孔隙率、粒径的关系；步骤S102、基于预先建立的所述采空区内的速度场模型和所述非达西渗流模型，构建非达西渗流下所述采煤条件下采空区的三维多场耦合模型，以对所述采空区的自然发火危险进行预测。2.根据权利要求1所述的非达西渗流下的采空区三维自然发火危险预测方法，其特征在于，步骤S101包括：步骤S111、基于岩石力学伺服试验，确定所述采空区在预设模拟条件下的理论模拟模型；其中，所述理论模拟模型表征所述预设模拟条件下，所述采空区的压力梯度和渗流速度的关系；步骤S121、基于所述理论模拟模型，确定所述采空区在所述预设模拟条件下的非达西渗流系数值和非达西因子值；步骤S131、对所述非达西渗流系数值、非达西因子值，和所述预设模拟条件进行拟合，得到所述采空区的非达西渗流模型。3.根据权利要求1所述的非达西渗流下的采空区三维自然发火危险预测方法，其特征在于，在步骤S102之前，所述非达西渗流下的采空区自然发火危险预测方法还包括：基于福希海默尔方程，建立所述采空区内气体关于所述渗流系数和所述非达西因子的所述速度场模型；其中，所述速度场模型为：式中，分别表示渗流速度沿方向的分量，表示重力加速度，表示非达西渗流系数，表示非达西因子，表示静压和速压之和，表示煤层倾角，表示空气密度。4.根据权利要求3所述的非达西渗流下的采空区三维自然发火危险预测方法，其特征在于，非达西渗流下所述采空区的多场耦合模型包括：非达西渗流下所述采空区三维的压力场模型、氧浓度场模型和固体温度场模型；
其中，所述压力场模型为：式中，所述控制体表征所述采空区内进行空间离散得到的任意一个四面体；表示任一控制体的封闭曲面；表示空气密度；表示控制体边界面的微元；表示非达西渗流系数；表示非达西因子；表示重力加速度；表示静压和速压之和；分别表示单位法向量与轴的夹角；表示煤层倾角；所述氧浓度场模型为：式中，表示孔隙率；表示单位法线向量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，高铁钢，张凤杰，李雪纯，秦跃平，于秀燕，李浩然，白财金，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：