Y形通风采空区注氮防灭火数值模拟研究

"Y形通风采空区注氮防灭火的数值模拟" 本文主要探讨了在Y形通风系统下的采空区采用注氮技术防治火灾的数值模拟方法。研究基于非均质漏风渗流方程、气体（瓦斯、氧气、一氧化碳）的渗流-扩散方程以及多孔介质的渗流综合传热方程，构建了一个非定常数值模型，用于模拟开采区采空区的防火和灭火过程。 首先，模型考虑了采空区的非均匀性，通过非均质漏风渗流方程来描述通风系统的复杂流动特性。这一方程考虑了采空区结构的不规则性和通风网络的动态变化，能够准确反映出通风过程中风流的分布和泄漏情况。 其次，针对瓦斯、氧气和一氧化碳等可燃气体的扩散和流动，模型采用了气体渗流-扩散方程。这些方程有助于理解和预测在采空区内的气体浓度分布，尤其是在有注氮的情况下，如何有效地降低氧气浓度，抑制自燃的发生。 再者，多孔介质渗流综合传热方程被用来研究温度场的变化。在采空区，温度的变化是判断是否可能引发火灾的重要指标，此方程结合了流体流动和热量传递，有助于预测温度分布及变化趋势。 通过迎风格式有限元方法，研究人员将这些方程联立求解，利用计算机程序G3进行数值模拟。这种方法能够细致地描绘出Y形通风条件下，注氮后采空区的漏风流态、气体浓度和温度的分布状态，以及这些状态随时间的变化过程。 模拟结果以图形方式展示，清晰地显示了各个参数在不同区域的分布，并分析了Y形通风采空区在注氮条件下的独特规律。这些规律包括注氮对气体浓度的影响，以及如何通过调整注氮量与工作面推进速度的比例来优化防灭火效果。 文章特别指出，在进风侧向采空区注入氮气，可以显著地预防Y形通风采空区的自燃。这一发现对于矿井安全具有重要意义，因为它提供了一种有效且可操作的防火策略。 这项研究提供了理论基础和技术手段，以科学的方式预测和控制采空区的火灾风险，对于提高矿井安全生产和减少火灾事故具有重大价值。同时，该研究也为未来进一步优化注氮防灭火策略提供了理论支持。