基于區(qū)域地溫場的煤礦床溫度場數(shù)值模擬研究.pdf

1、高溫?zé)岷偷V井火災(zāi)問題一直是煤礦安全生產(chǎn)的重大威脅，國內(nèi)外眾多學(xué)者對熱害問題和煤自燃進(jìn)行了大量研究并提出相應(yīng)的防治措施，但是相關(guān)事故仍經(jīng)常發(fā)生。煤礦開采深度的逐年增加，會導(dǎo)致井下開采時(shí)風(fēng)流溫度過高，一方面造成工人身心健康嚴(yán)重受損，一方面使得礦井事故發(fā)生率劇增。因此，本文結(jié)合大尺度地溫場，采用FORTRAN自主編程，對深層煤礦床溫度場進(jìn)行了模擬研究。
　　首先，依據(jù)熱傳遞方程和滲流方程，本文建立了基于區(qū)域地溫場的二維煤礦床溫度場數(shù)學(xué)

2、模型，并根據(jù)Galerkin法推導(dǎo)出了有限單元法計(jì)算的基本方程。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用FORTRAN語言編制了二維煤礦床溫度場的數(shù)值模擬計(jì)算程序，程序包括網(wǎng)格剖分、異常區(qū)域圈定、構(gòu)建系數(shù)矩陣、邊界條件確定、溫度場求解等部分。
　　其次，引用公開出版文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)測數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果，對本文所建數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，模擬計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)均具有較好的一致性，表明本模型適用于地溫場和采動影響下的煤礦床溫度場分析。在第一個算例中，參照波蘭新魯達(dá)煤

3、礦的實(shí)測數(shù)據(jù)，綜合考慮了研究區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地表起伏情況;并設(shè)定等溫異常區(qū)，運(yùn)用所建數(shù)學(xué)模型在不考慮流體流動的條件下計(jì)算了廢棄礦井周圍地層溫度場分布。在第二個算例中，本文對某區(qū)域尺度系統(tǒng)的地下水盆地滲流熱效應(yīng)進(jìn)行模擬計(jì)算。根據(jù)巖層滲透率大小將地下水盆地?zé)嵯到y(tǒng)分成傳導(dǎo)型換熱和對流型換熱，計(jì)算不同滲透率下受滲流影響的地下水盆地?zé)岱植紶顟B(tài)。
　　最后，本文將地溫場研究中異常區(qū)的處理方法引入到煤礦床溫度場研究中，即將開采工作面與采空區(qū)視為

4、介質(zhì)異常區(qū)，采用自主編寫的FORTRAN程序?qū)︼L(fēng)流影響下的煤礦床溫度場分布規(guī)律進(jìn)行了模擬分析。在不考慮煤自熱氧化的情況下，由于地溫場的作用，在工作面前半段風(fēng)流溫度梯度較大，沿風(fēng)流流動方向，溫度逐漸升高;而工作面后半段，溫度梯度逐漸減小。而采空區(qū)內(nèi)的漏風(fēng)現(xiàn)象對溫度場影響較弱，地?zé)釤崃鞯挠绊憺橹鲗?dǎo)因素，造成采空區(qū)熱量積聚，溫度升高。對于深部煤層開采，在地?zé)嵝?yīng)顯著的情況下，工作面溫度極易超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的26℃，不能滿足煤礦安全生產(chǎn)