采空区自然发火是多场耦合作用的复杂过程,研究流场及氧浓度场模型是进行采空区高温预测预报的前提。首先建立了动坐标下流场及氧浓度场的数学模型,然后研究了模型的无因次形式,并定义了无因次压力、无因次速度、无因次氧扩散系数、无因次耗氧速度系数等无因次准则。通过分析可得,遗煤厚度是采空区氧浓度场的重要影响因素。最后通过数值模拟得到不同遗煤厚度下氧浓度场的分布图,进而得出随着遗煤厚度减小氧气在采空区的分布更广的结论。

运用FLUENT数值模拟方法对采空区三维耦合场进行研究,简要概括FLUENT流体数值模拟软件基本理论,通过对FLUENT进行自行编程,利用开发模型对杉木树煤矿N3062工作面采空区三位耦合场进行模拟分析,得到漏风流场分布规律。通过理论分析,确定散热带与自燃带分界线处氧浓度降低值,进而准确判定高瓦斯易自燃煤层采空区"自燃带"范围,并通过预先铺设在采空区中的光纤测温系统进一步判定采空区"自燃带"范围。利用实测采空区"自燃带"范围验证数值模拟采空区流场分布准确性,进一步对不同高抽负压条件下采空区自燃带

为有效防治采空区自燃,对不连沟煤矿特厚煤层6103综放工作面采空区自燃"三带"进行研究,建立了采空区气体渗流场模型,采用FLUENT软件对采空区氧浓度进行了数值模拟,总结采空区氧气浓度的分布规律。在此基础上,分析了散热带、氧化带的分布呈现不对称性及进风侧氧化带往采空区深部转移的原因;并结合现场实测,应用MIN-MAX优化理论对采空区自燃"三带"进行划分,得出能够抑制采空区自燃发火的最小安全推进速度,为该矿采空区防灭火工作提供了理论依据。