华北科技学院褚延湘团队与河南理工大学余明高合作，针对采空区煤自燃预测，提出了一种改进的非稳态模拟方法，该方法充分考虑了工作面推进对采空区几何尺寸的动态改变及对采空区渗流参数、氧气浓度和温度场的动态影响。现场实测数据证实了该模拟方法的准确性。

　　采空区煤炭自燃严重威胁着煤矿安全生产和井下作业人员的生命安全。在工作面推进过程中，通过对采空区遗煤氧化升温情况的预测预报，可确定采空区煤自燃的危险性和高温热源的位置。然而，采空区的真实环境较为复杂，火源及高温点具有一定的隐蔽性，通过数值模拟可以分析采空区的煤自燃动态过程，但目前大多数研究均假设采空区为实体静态不变的，这显然与实际生产情况不相符，因为随着工作面的推进，采空区实体的几何尺寸在实时发生变化。

　　这种改进的非稳态模拟方法，在固定坐标系下，通过对采空区物理模型进行动态构建和物理场分布后移及调用，以达到求解动态采空区煤自燃演变过程的目的。研究简化了动态模型解算的繁琐性，模拟结果更贴近采空区煤自燃的实际物理过程。

　　通过COMSOL与MATLAB联用编程与插值处理，实现了采空区场分布后移与模型解算步长的适应性及煤自燃演变求解过程的连续性。

　　研究人员选取义马矿区耿村煤矿13210工作面进行模拟实测，发现采空区自燃危险区域随推进距离的增加呈现阶段化分布特征；当工作面推进90～120m 后，采空区渗透参数、氧气浓度的分布在滞后工作面一定范围内相对稳定，但温度场具有明显的拖尾降温现象。

　　这项研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费的资金支持。研究成果以《工作面推进下采空区煤自燃进程的动态模拟研究》为题发表于《中国矿业大学学报》2019年第3期。

动态采空区的煤自燃演变过程

动态采空区的煤自燃演变模拟方法

现场实测与模拟比对