基于改进CRITIC-G2-TOPSIS的采空区自燃动态预测与数值模拟研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhym821211
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采空区遗煤氧化自燃是煤矿灾害的主要来源之一。自燃火灾不但会引起采空区残余瓦斯燃烧,甚至会导致瓦斯爆炸,严重威胁着煤矿的安全生产。科学评判工作面动态推进过程中诱发采空区自燃危险的主导因素以及自燃危险发展趋势,同时准确掌握采空区遗煤自燃时空演化规律,为采空区自燃火灾的靶向性防治奠定基础,对保障矿井安全高效生产具有重要的理论价值和实际意义。本文以豹子沟煤矿10101综放工作面为工程背景,采用理论分析、实验研究、智能计算、数值模拟和现场试验相结合的方法,对采空区自燃危险性进行动态预测,并数值模拟采空区遗煤自然发火动态演化规律,基于此提出采空区遗煤自燃的综合防治技术。在豹子沟煤矿10101综放工作面采空区布置测点,对采空区漏风供氧条件、蓄热散热环境等进行测定,并开展煤自燃特性实验研究,为采空区自燃危险性动态预测提供重要的基础数据,并为采空区遗煤氧化自燃数值计算提供理论参数。基于采空区遗煤自燃主要影响因素,确定了 15个自燃预测指标,建立起采空区遗煤自燃危险性动态预测指标体系。提出了改进CRITIC-G2法的指标权重计算模型,并引入更新因子对该模型进行修正,构建了改进CRITIC修正G2的采空区遗煤自燃危险性预测指标的动态权重计算模型。基于逼近理想解排序(TOPSIS)法,引入欧式距离函数优化决策模型,建立了改进CRITIC-G2-TOPSIS的采空区自燃危险性动态预测模型,并应用于豹子沟煤矿10101综放面采空区自燃危险性动态预测,预测结果表明危险等级为Ⅲ级,与实际情况较为吻合,同时提出了相应可行的自燃防治措施。将采空区漏风流场模型、氧浓度模型、气-固体温度场模型联立建立起三维动态采空区遗煤自燃多场耦合数学模型。利用CFD软件动网格模型建立了三维动态采空区几何模型,并与数学模型结合起来,实现了对三维动态采空区的仿真模拟。该模型可定量地研究工作面推进距离、工作面长度、推进速度、供风量等对动态采空区遗煤自然发火的影响,获得不同工况参数下采空区风速流场、氧浓度场、温度场以及自燃“三带”在工作面推进过程中的变化规律,为采空区遗煤自燃预测预报、自燃危险区域定位及防灭火技术参数的合理确定提供理论依据。针对采空区自燃危险性动态预测结果和数值模拟结果,提出了“惰化降温-覆盖隔氧-堵漏控风-阻化抑制”相结合的采空区自燃综合防治技术体系。即以注氮防灭火技术为主,配合使用阻化剂喷洒、注凝胶、堵漏风的采空区自燃综合防治措施。经过现场工业试验,取得了良好的火灾防治效果,为同类条件矿井灾害防治提供了借鉴和参考。该论文有图77幅,表27个,参考文献203篇。
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