[发明专利]一种采空区自然发火定量化预报方法及应用

权利要求书

1.一种采空区自然发火定量化预报方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)建立多场耦合下采空区一氧化碳浓度场数学模型；

2)离散采空区一氧化碳浓度场模型；

3)编制采空区一氧化碳浓度场求解程序；

4)数值仿真获取采空区自然发火定量化预报函数；

5)根据预报函数确定合理的一氧化碳预报阈值，与现场观测到的工作面上隅角一氧化碳涌出量进行比对，判断是否有发火风险。

2.根据权利要求1所述的采空区自然发火定量化预报方法，其特征在于：步骤1)中，一氧化碳浓度场数学模型包括一氧化碳浓度场积分方程与边界条件：

式中：n为采空区内浮煤孔隙率，单位为％；v为风流速度，单位为m/s；C_CO为一氧化碳的浓度，单位为mol/m³；k_CO为一氧化碳的扩散系数，为常数；v₀为工作面平均推进速度，单位为m/s；α为煤层倾角，单位为°；Γ_1下、Γ_1上、Γ₂、Γ₃、Γ₅、Γ₆为采空区边界，其中Γ_1下为靠近采煤工作面边界的下半段(漏风流入段)，属于第一类边界条件，Γ_1上、Γ₂、Γ₃、Γ₅、Γ₆为第二类边界条件，其中Γ_1上为靠近采煤工作面边界的上半段(漏风流出段)，Γ₂、Γ₃为采空区上、下两行煤柱，Γ₅为采空区顶板边界，Γ₆为采空区底板边界；D为采空区一氧化碳浓度场中任一控制体的面积，单位为m²；S为采空区一氧化碳浓度场中任一控制体微元的面积，单位为m²；V为采空区一氧化碳浓度场中任一控制体的体积，单位为m³；为环境中氧气浓度，单位为mol/m³；为控制体边界面上面积微元ΔS的单位法线向量且指向朝外；w(t)为单位时间内单位体积的一氧化碳生成量，单位为mol/(s·m³)，w(t)可由公式(2)计算获得：

式中：为新鲜风流中的氧浓度，单位为mol/m³；为环境中氧气的浓度，单位为mol/m³；为标准CO生成速率，单位为mol/(m³·s)，其可通过煤的低温氧化实验测得，见公式(3)：

式中：为煤样罐出口的一氧化碳浓度，单位为mol/m³；分别是煤样罐进、出口的氧浓度，单位为mol/m³；为标准耗氧速率，单位为mol/(m³·s)。