松散煤体准多孔介质声速—煤温映射关系模型研究

作     者：郭军 陈昌明 金永飞 蔡国斌 文虎 李帅 

作者机构：西安科技大学安全科学与工程学院 国家矿山救援(西安)研究中心 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金项目(52004209) 国家自然科学基金面上项目(52174198 52174197) 

主　　题：松散煤体 声学测温 煤温反演 等效路径 准多孔介质 

摘      要：采空区等隐蔽空间煤温的精准判识一直是亟待解决的世界性难题，研究声学测温技术对精准探测松散煤体温度具有重要的实际意义，而声速与煤温之间映射关系的科学准确构建是声学法测煤温的关键。为此，本文考虑松散煤体自燃进程特征参数对声波传播的影响，建立了松散煤体准多孔介质的声速—煤温映射关系模型；设计搭建了松散煤体声学测温实验系统，通过开展多种粒径（0.6-1.5cm、1-3cm、3-5cm）松散煤体的声波测温试验，研究了不同粒径煤样低温氧化阶段（30～50℃）所产生的气体组分、浓度对声传播的影响规律，确定了等效路径转换因子λ；基于实测声速与等效路径转换因子间的关系，提出并确定了气体组分介质修正系数φ，验证了声速—煤温映射关系模型的可行性。结果表明：松散煤体声波传播路径受煤体粒径、温度及气体组分介质变化量等特征参数的影响，构建出声速—煤温映射关系模型；常温下声波在松散煤体准多孔介质中的传播路径主要受煤样颗粒间孔隙的影响，在煤样粒径为0.6-1.5cm、1-3cm、3-5cm中的声波传输等效路径转换因子λ分别为1.4261、1.3711及1.3152，与粒径呈负相关关系；煤温对声波传播的影响表现为煤自燃进程中气体组分介质变化对实测声速结果的改变，验证了声速与煤温之间映射关系的可行性；模型反演的煤温与实验煤温误差在6.46%范围内，平均误差2.52℃，能够很好地反映煤体温度。研究成果对探索一种新型煤温探测技术具有一定的理论价值，在煤火精准探测领域有良好的应用前景。