項目公示信息

項目公示信息項目名稱：煤田火區(qū)持續(xù)演化的時空遷移動力學(xué)過程研究完成單位：西安科技大學(xué)完成人：趙婧昱，肖旸，鄧軍，宋佳佳，任帥京，李青蔚項目簡介：本項目以國家自然科學(xué)基金青年基金“煤田火區(qū)煤巖體熱破壞及氣體滲流動力學(xué)研究”（51204136）為依托，圍繞煤田火區(qū)發(fā)展演化機理，對高溫氧化過程的階段性特征、高溫區(qū)域運移的自吸氧效應(yīng)、高溫區(qū)域的預(yù)測反演方法以及階段性防治方法進行了詳細的研究，主要研究內(nèi)容有：1）建立了基于增長率分析法的煤高溫氧化自燃階段性劃分方法。采用煤自然發(fā)火實驗、高溫程序升溫實驗、TG-DSC實驗等，建立了O2、CO、C2H4、C2H4/C2H6煤田火區(qū)溫度異常反饋的氣體指標(biāo)群，推演出特征溫度的增長率分析計算方法，根據(jù)特征溫度與熱動力學(xué)特征將煤田火區(qū)發(fā)展過程分為4個階段，確定了各階段的熱動力學(xué)規(guī)律，掌握了煤田火區(qū)發(fā)展演化的熱行為特征，揭示了各階段的指標(biāo)氣體轉(zhuǎn)變行為與熱動力學(xué)機制，為高溫區(qū)域的準(zhǔn)確定位和防控方法選取提供了有效理論基礎(chǔ)。2）確定了煤田火區(qū)自吸氧效應(yīng)與多場耦合特性。采用MTS、CT掃描和半封閉煤田火區(qū)燃燒發(fā)展模擬實驗臺等裝置，研究了熱力循環(huán)自吸氧效應(yīng)及其形成條件，提出了基于反應(yīng)動力學(xué)的熱力循環(huán)自吸氧模型，確定了煤巖體的裂隙擴展演化和溫度場變化規(guī)律，掌握了高溫區(qū)域移動的階段性特征；構(gòu)建了煤田火區(qū)多場耦合數(shù)學(xué)模型，確定了煤田火區(qū)發(fā)展演化的動態(tài)過程，揭示了煤田火區(qū)非控燃燒過程中能量與氣體輸運的空間定向特征。3）創(chuàng)建了煤田火區(qū)高溫區(qū)域準(zhǔn)確判定方法。結(jié)合現(xiàn)場實測指標(biāo)氣體數(shù)據(jù)與高溫區(qū)域發(fā)展演化的階段性特點和規(guī)律，重建了氣體和溫度離散數(shù)據(jù)三維分布場；采用隨機森林方法，建立了煤田火區(qū)氣體與溫度非線性關(guān)系模型，實現(xiàn)了煤田火區(qū)發(fā)展態(tài)勢預(yù)測；采用粒子群優(yōu)化算法對預(yù)測模型超參數(shù)進行優(yōu)化，建立了高溫區(qū)域反演預(yù)測模型，實現(xiàn)高溫區(qū)域準(zhǔn)確定位。4）提出了煤田火區(qū)發(fā)展演化四級預(yù)警機制。根據(jù)煤田火區(qū)演化的階段性特征，提出“階段-區(qū)域”雙重預(yù)警的精細化煤田火區(qū)治理方法，建立四級預(yù)警機制，綜合采用“分段隔離、熱棒移熱、灌漿注水、壓注惰氣、注膠抑溫、黃土覆蓋、常規(guī)剝挖”方法，為煤田火區(qū)的有效控制和綠色治理提供了理論依據(jù)與技術(shù)手段，對煤田火區(qū)災(zāi)害的識別、控制和治理具有重要的實際指導(dǎo)意義。主要論文專著目錄（“基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究類”限8條）序號論文專著名稱刊名作者年卷頁碼（xx年xx卷xx頁）發(fā)表時間通訊作者第一作者1Assessingtheeffectivenessofahigh-temperature-programmedexperimentalsystemforsimulatingthespontaneouscombustionpropertiesofbituminouscoalthroughthermokineticanalysisoffouroxidationstagesEnergyJingyuZhao,JunDeng,TaoWang,JiajiaSong,YanniZhang,Chi-MinShu,QiangZeng2019,169,587-5962018.12趙婧昱趙婧昱2ComparativeanalysisofthermokineticbehaviorandgaseousproductsbetweenfirstandsecondcoalspontaneouscombustionFuelYangXiao,Shuai-JingRen,JunDeng,Chi-MinShu2018,227,325-3332018.04肖旸肖旸3ExperimentalstudiesofspontaneouscombustionandanaerobiccoolingofcoalFuelJunDeng,YangXiao,QingweiLi,JunhuiLu,HuWen2015,157，261-2692015.05肖旸鄧軍4ThermalpropertiesofcoalduringlowtemperatureoxidationusingagreycorrelationmethodFuelShuai-JingRen,Cai-PingWang,YangXiao,JunDeng,YuanTian,Jia-JiaSong,Xiao-JiaoCheng,Guo-FengSun2020,260：1162872019.09肖旸任帥京5采空區(qū)煤自燃預(yù)測的隨機森林方法煤炭學(xué)報鄧軍,雷昌奎,曹凱,馬礪,王彩萍,翟小偉2018,43,2800-28082018.10雷昌奎鄧軍6中變質(zhì)程度煤自然發(fā)火特性研究中國礦業(yè)大學(xué)出版社趙婧昱2019趙婧昱趙婧昱7煤田火災(zāi)防治理論與技術(shù)中國礦業(yè)大學(xué)出版社鄧軍，文虎，張辛亥，陳曉坤，金永飛，馬礪，翟小偉，肖旸2014鄧軍鄧軍專利、軟件著作權(quán)目錄知識產(chǎn)權(quán)類別知識產(chǎn)權(quán)具體名稱國家（地區(qū)）授權(quán)號授權(quán)日期權(quán)利人發(fā)明人發(fā)明專利煤田火災(zāi)演化過程相似模擬試驗裝置及方法中國ZL201610046533.2201706西安科技大學(xué)鄧軍，肖旸，李青蔚，劉長春，文虎發(fā)明專利一種高溫煤田火區(qū)精準(zhǔn)分區(qū)爆破滅火方法中國ZL201810731995.7201907西安科技大學(xué)張嬿妮，李海濤，馮志超，陳少康，劉春暉，王安鵬，鄧軍，程方明，王亞超發(fā)明專利一種燃燒煙氣分析實驗監(jiān)測裝置中國ZL201610191777.X201802西安科技大學(xué)肖旸，任帥京實用新型一種煤自燃氧氣濃度實驗測試裝置中國ZL201821337380.8201903西安科技大學(xué)趙婧昱，郭濤，鄧軍，肖旸，宋佳佳，張宇軒，王偉峰，王濤，張嬿妮，馬曉明，劉登基，馬英，袁彬欽，徐林實用新型一種測試煤自然發(fā)火全過程的實驗系統(tǒng)中國ZL201821465565.7201905西安科技大學(xué)趙婧昱，張宇軒，宋佳佳，張嬿妮，鄧軍，郭濤，王濤實用新型一種研究煤高溫區(qū)域的模擬測試煤倉中國ZL201822051986.1201907西安科技大學(xué)趙婧昱，郭濤，王濤，宋佳佳，張宇軒實用新型一種真實模擬井下環(huán)境的油浴式煤自燃氧化實驗系統(tǒng)中國ZL201822235371.4201909西安科技大學(xué)趙婧昱，宋佳佳，張宇軒，濤，王濤實用新型一種用于礦山鉆孔救援多元信息生命偵測系統(tǒng)的緊固裝置中國ZL201621014650.2201704西安科技大學(xué)鄧軍