采空区气体三维多场耦合规律研究

采空区存在的遗煤易自燃，为瓦斯爆炸提供了长期存在的火源，易引发继发性瓦斯爆炸本文以采空区瓦斯-空气混合气体中的CH4、O2、CO、CO2和N2等主要组分为研究对象，在现场实测煤矿采空区气体的浓度和温度等参数的基础上，通过理论分析、实验验证和三维CFD模拟的方法，系统研究了遗煤自燃前后采空区气体组分的流动和传热的变化规律。通过采空区多孔介质气测渗透率的测定实验分析了采空区冒落带渗透率的分布规律。通过采空区瓦斯渗流和传热的大尺寸实验测定了采空区瓦斯的浓度分布、压力分布和温度分布。建立了采空区多孔介质的孔隙率和渗透率的空间分布方程，完善了采空区的物理模型和采空区气体流动的CFD模拟数学模型，并通过解算得出遗煤自燃前后采空区气体组分的三维渗流场、浓度场和温度场的多场耦合变化规律。数值模拟结果与实验结果以及现场观测结果都相互符合较好。本文研究工作对采空区瓦斯抽放、遗煤自燃以及继发性瓦斯爆炸的防治具有较大的指导意义。