巷道煤柱自燃温度场数值模拟与火源定位的研究

用大包围 、 逐步接近 的试探式办法 以定位火 源 ， 然后 对找到的高温点实施注浆 ，达到直接灭火 的 目的． 但 因火源的隐蔽性 ， 现场实践通常 的结果往往是 ， 由于
对井下隐蔽火源的探测 ， 国内外 目前进行的研究 中， 从火源定位原理 而言 ， 隐蔽火源 的定位 主要是通 过采集 自 燃在形成 、 发展过程中引起煤及其围岩物理 化学性质 的变化 的信息 ， 经过分析研究 ， 确定火源位 置． 这些原理概括起来 ， ： １通过温度场异常定位． 有 （） 由于高 温热源在形成和发展过程 中伴生的热物理化
巷 道 煤 柱 自燃 温 度 场数 值 模 拟 与火 源 定 位 的研 究
朱红青 ，汪崇鲜 ，马 辉 ，陈 曦
（ 中国矿业 大学（ 北京 ） 炭资源与安全开采 国家重点实验室 ， 煤 资源与安全工程学院 ， 北京 １０ ８ ） ０ ０ ３
摘
要： 对于巷道 自然发 火 ， 国当前 煤矿现场往 往采 用试探 法打钻 ， 我 然后 灌注泥浆或 水 实施 救 灾． 在救 灾 时 。 但 准确确 定 火
源位置是救 灾关键 ； 由于影响条件 的复 杂性 ， 目前对相 关机 理的研 究未进 行深入研 究． 针对这 一 问题 ， 论文针 对巷道 自燃 可能的 ５
近年来 ， 随着矿井机械化水平的提高 ， 沿空巷道的 采用 ， 在煤巷顶煤 冒高处 、 煤柱破碎带 、 相临采空区松
散 煤体 和停 采线等 近距离 煤层 自燃 现 象明显增 多
火 初 期无 法 直 接定 位火 源 位 置 ， 技术 人 员 在 发 现 某 一 区域 有 自燃 征兆 时 ， 常 通过 采 用对 可疑 区域 打 钻 采 通
学 变化 ， 如 由于 煤 体 氧 化 生 成 和释 放 热 量 ， 过 热 例 通
在发火初 期没有找到火源 ， 致使火源范 围扩 大 ， 给治
理带来了严重 困难 ． 针对这一问题 ， 论文采用数值 模拟方法 ， 研究 巷道 自 燃后 温度场变化 ， 总结一些规 律， 为当前救灾时打钻注浆灭火提供技术指导．
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第 ２ 卷第 ２ ２ 期 湖南科技大学学报（ 自然科学版 ） 月 Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｕ ａ ｎ ｅｓｙｏ Ｓ ｉ ｃ ｏ ｒａ ｏ ｎ ｎ Ｕ ｉ ｒｉ ｆ ｃ ｎｅ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｎ ｔｒ ｃ ｎｅ Ｅ ｉ ｎ Ｈ ｖ ｔ ｅ ￣ ｈ ｏ ｇ （ ａｕ ｌ ｉ ｃ ｄ ｉ ） ｏ ａＳｅ ｔ ｏ
大大增强 ， 致使 电阻率急剧降低 ， 过探测 电阻率 的 通 降低定位 ；４通过因 自 （） 燃后磁场变化定位ｐ］ － ５ ． 上述火源定位原理 国内外都进行 了研究 ， 由于 但
影响条件 的复杂性 ， 目前对相关机理的研究未进行 和 深入研究 ， 以目前没有真正意义上的应用 ． 所 由于理论 研究滞后 ， 在现场实践 中， 因在煤层发
收 稿 日期 ：０ ６ １ — ０ ２０－ ２２
态一般为巷道 高 冒区、 Ｌ ， 孑 洞 或巷道处于地质 构造带 及煤体破碎 、 裂隙发育区．４ 巷道 自燃火源点 中心至 （）
巷道顶板及两帮的距离 随巷内风速 ， 巷壁裂隙发育程
度及分布状况而变化 ， 火源中心点（ 初发点 ） 距巷壁距
离一 般都 在 ０５—１５ ． ．ｍ左 右 ， 不超 过 ８ｍ．
传导 ， 煤体及 其 围岩形成温度场 ， 使 则可通 过测量 温
１ 巷道煤柱 自燃 的生成及 分布特 点
相 比采空 区煤 自燃 ，巷道煤柱 自燃具有 以下特 点 ： １巷道煤柱 自燃分 布于有 自燃倾 向性 的含煤巷 （） 道中， 构成 回采工作 面的进 、 回风巷及开切 眼是巷道 自燃 发生 的 主要场 所 ．２巷 道 自然 火灾 主要 发生 在 巷 （）
基金项 目： 国家重点基础研究发展计划（ ７ ） ９ ３ 资助（０ ５ Ｂ ２ ５ ６ ２０ Ｃ ２ １０ ） 作者简介 ： 朱红青（ ９ ９ ）男 ， １６ 一 ， 湖南双峰人 ， 博士 ， 副教授 ， 主要从事矿井火灾 防治研究
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２ 巷道 煤 柱 自然 火 灾火 源 点及 其 附近 区域 温度场 数值模 拟 的可行性分 析
道 断 面突 然 缩 小 、 突然 扩 大 或 巷 内安 设 风 窗 、 门 等 风 限风设 施 的地 点 ． ） （ 巷道 自然发 火地 点 的围 岩维 护 状 ３
度场 以确定火源位置 ；２ 通过 自燃特征气体定位 ． （） 如
Ｃ 、 Ｏ 各种烃类 、 氡气等 ， 通过测定气体浓度 ， 结合分析 自燃物分布和漏风流场 ， 大致确定火源位置 ；３ 通过 （） 电学性质变化． 据实验表明 ，煤在低温氧化至燃烧的 过程 中， 随着 温度 的升高 ， 加剧碳的分解 ， 使碳的活性
运用传热学理论对煤层的热力状况进行分析 ， 从
而 建立 煤 层 温度 场 的数 学 模 型．煤层 发 火 的热力 过 程 十 分 复 杂 ， 煤 和 周 围岩 层 ， 道 中空 气 流 动 状 态 等 受 巷
外传热 ， 及在巷道边界与风流产生对流换热现象 ； ） （ 巷 ３ 道周边煤 层性质为各 向同性．
种 自燃情形 ， 用动 态数值 模拟 方法研 究巷 道 自 采 燃后 温度场和 温度 曲线 图的分布 ， 出了不同火源位 置 ， 道表 面温度分 布规律 、 得 巷
为 当前煤矿现 场救 灾确定 火源点 、 实施打钻 注浆 灭火时提 供技术指 导． １ 。 ８ 图 １参 ．
关键 词 ： 炭 自燃 ； 值 模 拟 ； 度 场 ； 源定 位 煤 数 温 火 中 图分 类号 ： Ｄ３ Ｔ ２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２ ９０ （０ ７ ０ — ０ １ ０ １７ — １２２ ０ ）２ ０ ０ — ４