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採空區自然發火多場耦合理論及應用

作者：劉偉//秦躍平
出版社：科學
ISBN：9787030566201

出版日期：2018/03/01
裝幀：平裝
頁數：212

人民幣：RMB 158 元售價：元

內容大鋼

採空區自然發火是井下重大災害之一，也是煤礦安全生產領域重點研究的問題。劉偉、秦躍平著的《採空區自然發火多場耦合理論及應用》在分析煤自燃特性參數及採空區內產熱與散熱規律的基礎上，利用數值模擬技術提出了採空區自燃發火的能量遷移理論，闡述並揭示了採空區自然發火的多場耦合致災過程和機理，建立了三維多場耦合數學模型；確定了四面體單元控制體的合理圈划方案，提出了一種具有較高精度的有限體積法的新演算法；利用新演算法離散自然發火模型，編製了「採空區自然發火三維模擬系統」，結合現場參數，模擬得到了注氮前後及停采狀態下的採空區各場分佈情況，分析了推進速度、遺煤厚度及工作面風量等對自然發火的影響；提出了一種以工作面上隅角一氧化碳湧出量來定量評估採空區自然發火風險的新方法，提高了採空區自然發火早期預報的準確性，還自主研發了一種新型乾冰快速升華裝置，即乾冰相變發生器，成功處置了井下的早期自然發火。
本書適合從事礦井採空區自然發火防治、礦井熱害防治以及數值模擬等技術研究的科研人員和高校師生閱讀使用。

作者介紹

劉偉//秦躍平

前言
第1章  緒論
  1.1 煤礦煤自燃災害現狀
  1.2 國內外研究現狀
    1.2.1 煤自燃的相關理論研究
    1.2.2 煤自燃過程的實驗研究
    1.2.3 採空區自然發火數值模擬研究
    1.2.4 研究發展趨勢
第2章  煤低溫氧化實驗方法
  2.1 煤低溫氧化實驗系統
  2.2 煤自燃的特性參數
    2.2.1 標準耗氧速率
    2.2.2 標準CO生成速率
    2.2.3 標準放熱強度
  2.3 遺煤粒度分佈特徵
  2.4 氧氣濃度的影響
    2.4.1 煤樣製備及實驗過程
    2.4.2 實驗結果及分析
    2.4.3 討論及驗證
    2.4.4 採空區耗氧速率與c0生成速率
  2.5 粒度的影響
    2.5.1 煤樣及實驗過程
    2.5.2 實驗結果及分析
    2.5.3 混合煤樣耗氧速率
    2.5.4 討論
  2.6 揮發分的影響
    2.6.1 煤樣及實驗過程
    2.6.2 實驗結果及分析
    2.6.3 討論
  2.7 本章小結
第3章  採空區自然發火多場耦合致災機理
  3.1 採空區自然發火的能量遷移理論
    3.1.1 採空區移動坐標系
    3.1.2 採空區自然發火的能量遷移理論
    3.1.3 採空區最高溫度預判方程
  3.2 採空區自然發火的多場耦合機理
    3.2.1 採空區中「場」的概念
    3.2.2 採空區內的產熱與散熱規律
    3.2.3 採空區多場耦合作用的機理及過程
  3.3 採空區自然發火的多場耦合數學模型
    3.3.1 方嚮導數與梯度
    3.3.2 採空區流場數學模型
    3.3.3 採空區滲流參數
    3.3.4 採空區氧氣濃度場模型
    3.3.5 採空區冒落煤岩固體溫度場模型
    3.3.6 採空區氣體溫度場數學模型
    3.3.7 採空區自然發火的多場耦合三維模型
  3.4 本章小結
第4章  三維模型離散方法
  4.1 導熱微分方程

    4.1.1 控制方程
    4.1.2 邊界條件
  4.2 有限單元法離散
    4.2.1 導熱的有限單元方程
    4.2.2 插值函數
    4.2.3 第一類邊界及內部單元的離散化
    4.2.4 第二類邊界單元的離散化
    4.2.5 第三類邊界單元的離散化
    4.2.6 有向曲面的熱通量
    4.2.7 導熱積分方程的推導
    4.2.8 邊界條件
  4.3 有限體積法離散
    4.3.1 四面體網格節點的控制體
    4.3.2 導熱的有限體積方程
    4.3.3 插值函數
    4.3.4 第一類邊界及內部單元控制體的離散化
    4.3.5 第二類邊界單元控制體的離散化
    4.3.6 第三類邊界單元控制體的離散化
  4.4 有限單元法與有限體積法對比
  4.5 本章小結
第5章  自然發火模型的離散及求解
  5.1 模型中的參數離散處理
    5.1.1 採空區氣體密度
    5.1.2 採空區孔隙率、滲透率
  5.2 採空區流場模型的離散
    5.2.1 控制體與插值函數選取
    5.2.2 採空區流場方程離散
    5.2.3 流場邊界處理
    5.2.4 採空區速度方程的離散
  5.3 採空區氧氣濃度場模型的離散
    5.3.1 控制體與插值函數選取
    5.3.2 採空區氧氣濃度場方程離散
    5.3.3 氧氣濃度場邊界處理
  5.4 採空區溫度場模型離散
    5.4.1 控制體與插值函數選取
    5.4.2 冒落煤岩固體溫度場離散
    5.4.3 氣體溫度場離散
    5.4.4 溫度場邊界處理
  5.5 採空區解算區域及網格劃分
    5.5.1 解算區域
    5.5.2 網格劃分
    5.5.3 節點編號及坐標
  5.6 線性方程組的求解
    5.6.1 節點線性方程的總體合成
    5.6.2 係數矩陣的壓縮與存儲
    5.6.3 係數矩陣的求解方法
  5.7 程序設計
  5.8 本章小結
第6章  採空區自然發火三維數值模擬
  6.1 採空區自然發火三維模擬系統

    6.1.1 基礎參數輸入
    6.1.2 運行及解算過程
  6.2 採空區的自然發火模擬
    6.2.1 模擬參數選取
    6.2.2 採空區壓力場分佈
    6.2.3 採空區速度場分佈
    6.2.4 採空區氧氣濃度場分佈
    6.2.5 採空區氣體及固體溫度場分佈
  6.3 工作面推進速度的影響
    6.3.1 推進速度對氧氣濃度場的影響
    6.3.2 推進速度對固體溫度場的影響
  6.4 遺煤厚度的影響
    6.4.1 遺煤厚度對氧氣濃度場的影響
    6.4.2 遺煤厚度對固體溫度場的影響
  6.5 工作面供風量的影響
    6.5.1 工作面供風量對氧氣濃度場的影響
    6.5.2 工作面供風量對固體溫度場的影響
  6.6 最小防火推進速度
    6.6.1 解算結果
    6.6.2 合理性分析
  6.7 本章小結
第7章  注氮后採空區自然發火模擬
  7.1 採空區注氮設計
    7.1.1 注氮量確定及注氮設備選型
    7.1.2 注氮位置確定及管路管徑選型
    7.1.3 注氮管路布置
  7.2 採空區開區注氮數學模型及離散
    7.2.1 採空區開區注氮數學模型
    7.2.2 模型離散
  7.3 採空區防火注氮數值模擬
    7.3.1 注氮后的採空區壓力場
    7.3.2 注氮后的採空區氧氣濃度場
    7.3.3 注氮后的採空區溫度場
  7.4 採空區溫度現場觀測驗證
    7.4.1 測溫系統
    7.4.2 現場測溫方案及過程
    7.4.3 現場溫度觀測結果
    7.4.4 觀測結果與模擬結果對比
    7.4.5 採空區綜合防火技術措施
  7.5 本章小結
第8章  停采后採空區自然發火模擬
  8.1 停采后採空區自然發火模型
  8.2 停采數學模型的離散
    8.2.1 停采后流場方程離散
    8.2.2 停采后氧氣濃度場模型的離散
    8.2.3 停采后溫度場模型離散
  8.3 方程組求解及程序設計
  8.4 數值模擬結果
    8.4.1 停採下的採空區壓力場分佈
    8.4.2 停采狀態下的採空區氧氣濃度場分佈

    8.4.3 停采狀態下的採空區溫度場分佈
  8.5 影響因素分析
    8.5.1 原始工作面推進速度
    8.5.2 遺煤厚度
  8.6 本章小結
第9章  採空區自然發火定量化預報技術
  9.1 採空區一氧化碳濃度場數學模型
    9.1.1 採空區一氧化碳生成與運移
    9.1.2 多場耦合下一氧化碳濃度場模型
    9.1.3 模型離散
  9.2 計算結果及驗證
    9.2.1 解算軟體升級
    9.2.2 模擬示例與參數設置
    9.2.3 模型驗證
  9.3 採空區一氧化碳運移影響因素
    9.3.1 工作面推進速度
    9.3.2 工作面風量
    9.3.3 遺煤厚度
  9.4 採空區自然發火定量預報函數
  9.5 本章小結
第10章  乾冰相變惰化防滅火技術
  10.1 乾冰快速相變技術簡介
  10.2 基本性能測試
    10.2.1 二氧化碳產氣量及衰減
    10.2.2 承壓測試
  10.3 現場應用
    10.3.1 停采面高溫區域定位
    10.3.2 支架後部高溫區處置
    10.3.3 巷道頂煤高溫區處置
  10.4 本章小結
參考文獻
後記

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