數(shù)值模擬方法以其準(zhǔn)確性和實(shí)用性,越來(lái)越多的應(yīng)用到了采空區(qū)火災(zāi)的治理之中,因此開(kāi)發(fā)適用于實(shí)際開(kāi)采條件的數(shù)值模擬軟件就顯得尤為重要。本文首先運(yùn)用質(zhì)量守恒定律、傅里葉定律、Fick定律、達(dá)西定律和能量守恒定律建立了三維采空區(qū)自然發(fā)火的數(shù)學(xué)模型,并確定了其邊界條件；通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)得到了采空區(qū)自燃模型的關(guān)鍵參數(shù)；結(jié)合有限體積法和有限單元法的優(yōu)點(diǎn),以三維導(dǎo)熱問(wèn)題為例提出了新的有限體積法,得出了新的控制體選取方法,推導(dǎo)了數(shù)學(xué)公式,并用三維有限單元法對(duì)新的三維有限體積法進(jìn)行了驗(yàn)證對(duì)比分析；用新的三維有限體積法對(duì)采空區(qū)自燃模型進(jìn)行離散化得到相應(yīng)的線性方程組；利用Visual Basic語(yǔ)言編制了三維采空區(qū)自然發(fā)火模擬軟件,使用該軟件對(duì)同忻礦首采工作面進(jìn)行了模擬,分別求得采空區(qū)的壓力分布、流場(chǎng)速度分布、氧濃度分布和溫度場(chǎng)分布,并用后處理軟件Tecplot10進(jìn)行圖形顯示,該結(jié)果和同忻礦現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)觀測(cè)的結(jié)果基本吻合。該軟件對(duì)采空區(qū)自然發(fā)火具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：137 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
詳細(xì)摘要
Detailed Abstract
1 緒論
    1.1 選題依據(jù)與研究意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題
        1.2.1 煤自燃實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)裝置研究現(xiàn)狀
        1.2.2 煤自燃模型及數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.2.3 目前研究存在的問(wèn)題
    1.3 課題研究目標(biāo)和內(nèi)容
    1.4 研究方法和技術(shù)路線
        1.4.1 研究方法
        1.4.2 技術(shù)路線
2 采空區(qū)自然發(fā)火三維數(shù)學(xué)模型研究
    2.1 采空區(qū)流場(chǎng)模型
        2.1.1 達(dá)西定律
        2.1.2 流場(chǎng)控制方程
        2.1.3 邊界條件
    2.2 采空區(qū)氧濃度場(chǎng)模型
        2.2.1 Fick定律
        2.2.2 采空區(qū)氧濃度場(chǎng)模型
        2.2.3 邊界條件
    2.3 采空區(qū)溫度場(chǎng)模型
        2.3.1 傅里葉定律
        2.3.2 溫度場(chǎng)模型
        2.3.3 邊界條件
    2.4 采空區(qū)三維自然發(fā)火模型
        2.4.1 采空區(qū)三維自然發(fā)火模型
        2.4.2 邊界條件
    2.5 本章小結(jié)
3 采空區(qū)自然發(fā)火模型參數(shù)研究
    3.1 煤（巖）導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定
        3.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
        3.1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
        3.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
    3.2 煤的氧化升溫實(shí)驗(yàn)
        3.2.1 CSC-B2煤低溫自燃實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)過(guò)程
        3.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
    3.3 煤的耗氧速率分析
        3.3.1 耗氧速率計(jì)算
        3.3.2 耗氧速率線性回歸分析
    3.4 煤的放熱強(qiáng)度分析
        3.4.1 煤的放熱強(qiáng)度計(jì)算
        3.4.2 放熱強(qiáng)度線性回歸分析
    3.5 三維采空區(qū)滲流參數(shù)分析
        3.5.1 空隙率和滲透系數(shù)
        3.5.2 采空區(qū)巖石冒落特征
        3.5.3 滲透系數(shù)分布經(jīng)驗(yàn)公式
    3.6 本章小結(jié)
4 三維問(wèn)題有限體積法研究
    4.1 改進(jìn)后的有限體積法
        4.1.1 導(dǎo)熱微分方程
        4.1.2 內(nèi)部節(jié)點(diǎn)求解
        4.1.3 邊界節(jié)點(diǎn)求解
    4.2 有限單元法求解
        4.2.1 內(nèi)部單元的求解
        4.2.2 邊界單元的求解
    4.3 有限單元法與有限體積法的比較
    4.4 本章小結(jié)
5 三維自然發(fā)火模型有限體積法求解
    5.1 采空區(qū)氣體流場(chǎng)模型離散化
        5.1.1 插值函數(shù)與控制體的選取
        5.1.2 流場(chǎng)方程離散及合成
        5.1.3 采空區(qū)流場(chǎng)速度方程
        5.1.4 采空區(qū)流場(chǎng)邊界條件
    5.2 采空區(qū)氧氣濃度場(chǎng)模型離散化
        5.2.1 插值函數(shù)與控制體的選取
        5.2.2 氧濃度場(chǎng)方程離散及合成
        5.2.3 采空區(qū)氧濃度場(chǎng)邊界條件
    5.3 采空區(qū)溫度場(chǎng)模型離散化
        5.3.1 插值函數(shù)與控制體選取
        5.3.2 冒落巖石溫度場(chǎng)方程離散及合成
        5.3.3 固體間氣體溫度場(chǎng)方程離散及合成
        5.3.4 采空區(qū)溫度場(chǎng)的邊界條件
    5.4 本章小結(jié)
6 三維采空區(qū)自然發(fā)火模擬軟件
    6.1 程序設(shè)計(jì)
        6.1.1 解算區(qū)域及網(wǎng)格劃分
        6.1.2 線性方程組求解方法
        6.1.3 系數(shù)矩陣的存儲(chǔ)和調(diào)用
        6.1.4 程序流程圖
    6.2 自燃參數(shù)確定及軟件界面
        6.2.1 關(guān)鍵自燃參數(shù)確定
        6.2.2 軟件界面及功能介紹
    6.3 同忻礦首采工作面自然發(fā)火模擬
        6.3.1 同忻礦實(shí)例模擬解算結(jié)果
        6.3.2 推進(jìn)速度對(duì)自燃的影響
    6.4 本章小結(jié)
7 同忻礦現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)研究
    7.1 同忻礦概況
        7.1.1 交通位置
        7.1.2 煤層及煤質(zhì)情況
        7.1.3 瓦斯、煤塵、自燃及地溫
        7.1.4 開(kāi)拓開(kāi)采方式
        7.1.5 首采工作面概況
    7.2 工作面參數(shù)監(jiān)測(cè)
        7.2.1 工作面溫度監(jiān)測(cè)
4濃度監(jiān)測(cè)">        7.2.2 工作而CH₄濃度監(jiān)測(cè)
        7.2.3 工作面CO濃度監(jiān)測(cè)
    7.3 自然發(fā)火現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)
        7.3.1 測(cè)溫系統(tǒng)
        7.3.2 測(cè)溫系統(tǒng)布置
    7.4 采空區(qū)測(cè)溫結(jié)果分析
        7.4.1 采空區(qū)溫度測(cè)試
        7.4.2 采空區(qū)測(cè)試溫度分析
        7.4.3 實(shí)測(cè)值與模擬結(jié)果對(duì)比分析
    7.5 本章小結(jié)
8 結(jié)論和展望
    8.1 主要結(jié)論
    8.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    8.3 下一步工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]2008年我國(guó)煤礦事故統(tǒng)計(jì)分析及防范措施[J]. 鄧奇根,劉明舉,趙發(fā)軍.  煤炭技術(shù). 2010(06)
[2]基于模糊滲流理論的采場(chǎng)自然發(fā)火[J]. 趙聰,陳長(zhǎng)華.  遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2009(S2)
[3]基于移動(dòng)坐標(biāo)的采空區(qū)自然發(fā)火模型研究[J]. 朱建芳,蔡衛(wèi),秦躍平.  煤炭學(xué)報(bào). 2009(08)
[4]煤升溫氧化過(guò)程中氣體解析規(guī)律研究[J]. 于水軍,余明高,潘榮錕,張曉剛,賈海林.  河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2008(05)
[5]空氣流量對(duì)煤升溫氧化影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 唐明云,張國(guó)樞,戴廣龍,駱大勇.  煤礦安全. 2008(05)
[6]煤炭自燃過(guò)程中耗氧速率與溫度耦合研究[J]. 王從陸,伍愛(ài)友,蔡康旭.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2006(04)
[7]綜放面采空區(qū)流場(chǎng)模擬及自燃危險(xiǎn)區(qū)域劃分[J]. 張辛亥,劉燦,周金生,張健.  西安科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2006(01)
[8]煤物理吸附氧的研究[J]. 陸偉,王德明,戴廣龍,仲曉星.  湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2005(04)
[9]采空區(qū)場(chǎng)流數(shù)值模擬程序（G3）實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用[J]. 李宗翔,王曉冬,王波.  湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2005(04)
[10]采空區(qū)場(chǎng)流安全理論及其研究的新進(jìn)展[J]. 李宗翔.  中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào). 2005(12)

博士論文
[1]移動(dòng)坐標(biāo)下采空區(qū)自然發(fā)火的有限體積法模擬研究[D]. 王月紅.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2009

碩士論文
[1]熱重分析在研究煤氧復(fù)合過(guò)程中的應(yīng)用[D]. 張嬿妮.西安科技大學(xué) 2004



本文編號(hào)：3108055