项目公示信息

项目公示信息项目名称：煤田火区持续演化的时空迁移动力学过程研究完成单位：西安科技大学完成人：赵婧昱，肖旸，邓军，宋佳佳，任帅京，李青蔚项目简介：本项目以国家自然科学基金青年基金“煤田火区煤岩体热破坏及气体渗流动力学研究”（51204136）为依托，围绕煤田火区发展演化机理，对高温氧化过程的阶段性特征、高温区域运移的自吸氧效应、高温区域的预测反演方法以及阶段性防治方法进行了详细的研究，主要研究内容有：1）建立了基于增长率分析法的煤高温氧化自燃阶段性划分方法。采用煤自然发火实验、高温程序升温实验、TG-DSC实验等，建立了O2、CO、C2H4、C2H4/C2H6煤田火区温度异常反馈的气体指标群，推演出特征温度的增长率分析计算方法，根据特征温度与热动力学特征将煤田火区发展过程分为4个阶段，确定了各阶段的热动力学规律，掌握了煤田火区发展演化的热行为特征，揭示了各阶段的指标气体转变行为与热动力学机制，为高温区域的准确定位和防控方法选取提供了有效理论基础。2）确定了煤田火区自吸氧效应与多场耦合特性。采用MTS、CT扫描和半封闭煤田火区燃烧发展模拟实验台等装置，研究了热力循环自吸氧效应及其形成条件，提出了基于反应动力学的热力循环自吸氧模型，确定了煤岩体的裂隙扩展演化和温度场变化规律，掌握了高温区域移动的阶段性特征；构建了煤田火区多场耦合数学模型，确定了煤田火区发展演化的动态过程，揭示了煤田火区非控燃烧过程中能量与气体输运的空间定向特征。3）创建了煤田火区高温区域准确判定方法。结合现场实测指标气体数据与高温区域发展演化的阶段性特点和规律，重建了气体和温度离散数据三维分布场；采用随机森林方法，建立了煤田火区气体与温度非线性关系模型，实现了煤田火区发展态势预测；采用粒子群优化算法对预测模型超参数进行优化，建立了高温区域反演预测模型，实现高温区域准确定位。4）提出了煤田火区发展演化四级预警机制。根据煤田火区演化的阶段性特征，提出“阶段-区域”双重预警的精细化煤田火区治理方法，建立四级预警机制，综合采用“分段隔离、热棒移热、灌浆注水、压注惰气、注胶抑温、黄土覆盖、常规剥挖”方法，为煤田火区的有效控制和绿色治理提供了理论依据与技术手段，对煤田火区灾害的识别、控制和治理具有重要的实际指导意义。主要论文专著目录（“基础研究、应用基础研究类”限8条）序号论文专著名称刊名作者年卷页码（xx年xx卷xx页）发表时间通讯作者第一作者1Assessingtheeffectivenessofahigh-temperature-programmedexperimentalsystemforsimulatingthespontaneouscombustionpropertiesofbituminouscoalthroughthermokineticanalysisoffouroxidationstagesEnergyJingyuZhao,JunDeng,TaoWang,JiajiaSong,YanniZhang,Chi-MinShu,QiangZeng2019,169,587-5962018.12赵婧昱赵婧昱2ComparativeanalysisofthermokineticbehaviorandgaseousproductsbetweenfirstandsecondcoalspontaneouscombustionFuelYangXiao,Shuai-JingRen,JunDeng,Chi-MinShu2018,227,325-3332018.04肖旸肖旸3ExperimentalstudiesofspontaneouscombustionandanaerobiccoolingofcoalFuelJunDeng,YangXiao,QingweiLi,JunhuiLu,HuWen2015,157，261-2692015.05肖旸邓军4ThermalpropertiesofcoalduringlowtemperatureoxidationusingagreycorrelationmethodFuelShuai-JingRen,Cai-PingWang,YangXiao,JunDeng,YuanTian,Jia-JiaSong,Xiao-JiaoCheng,Guo-FengSun2020,260：1162872019.09肖旸任帅京5采空区煤自燃预测的随机森林方法煤炭学报邓军,雷昌奎,曹凯,马砺,王彩萍,翟小伟2018,43,2800-28082018.10雷昌奎邓军6中变质程度煤自然发火特性研究中国矿业大学出版社赵婧昱2019赵婧昱赵婧昱7煤田火灾防治理论与技术中国矿业大学出版社邓军，文虎，张辛亥，陈晓坤，金永飞，马砺，翟小伟，肖旸2014邓军邓军专利、软件著作权目录知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期权利人发明人发明专利煤田火灾演化过程相似模拟试验装置及方法中国ZL201610046533.2201706西安科技大学邓军，肖旸，李青蔚，刘长春，文虎发明专利一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法中国ZL201810731995.7201907西安科技大学张嬿妮，李海涛，冯志超，陈少康，刘春晖，王安鹏，邓军，程方明，王亚超发明专利一种燃烧烟气分析实验监测装置中国ZL201610191777.X201802西安科技大学肖旸，任帅京实用新型一种煤自燃氧气浓度实验测试装置中国ZL201821337380.8201903西安科技大学赵婧昱，郭涛，邓军，肖旸，宋佳佳，张宇轩，王伟峰，王涛，张嬿妮，马晓明，刘登基，马英，袁彬钦，徐林实用新型一种测试煤自然发火全过程的实验系统中国ZL201821465565.7201905西安科技大学赵婧昱，张宇轩，宋佳佳，张嬿妮，邓军，郭涛，王涛实用新型一种研究煤高温区域的模拟测试煤仓中国ZL201822051986.1201907西安科技大学赵婧昱，郭涛，王涛，宋佳佳，张宇轩实用新型一种真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统中国ZL201822235371.4201909西安科技大学赵婧昱，宋佳佳，张宇轩，涛，王涛实用新型一种用于矿山钻孔救援多元信息生命侦测系统的紧固装置中国ZL201621014650.2201704西安科技大学邓军