采空区煤炭自然发火是矿井煤炭开采过程中经常发生的灾害之一,不仅严重威胁井下工作人员的生命安全,同时也造成了严重的资源浪费和财产损失。对煤自燃的发生发展过程的研究对于矿井火灾的防范有着关键作用。煤自燃的发展过程是多个物理化学作用同时进行的结果,煤自身的结构和组成成分极为复杂且非均质,不能从化学角度上准确描述其分子构成,也很难从理论上推演出自燃的发生发展过程。目前国内外对采空区温度分布变化的研究大多为数值模拟或建立模拟实验装置进行研究。鉴于此,本文提出一种实验装置和方法,可以实现在实验室条件下,直观、快速地反映出采空区煤自燃进程的演化,采空区内部温度分布变化情况,以及改变通风强度、通风方式下的变化规律,利用红外热像分析仪实现温度场可视化,为探究采空区自燃危险区域提供良好实验条件。本试验主体主要由采空区等效模型、进风管路、超声震荡波水雾发生器、风机、红外监控系统组成。采空区等效主体为一空心立方体,内部填充高纯度、高活性实验室用氧化钙颗粒。实验原理为:煤的自燃本质上就是煤与氧气反应生热并积聚的过程,试验中将氧化钙与水雾反应生热这一特性模拟采空区遗煤的氧化生热过程,氧化钙与水雾的产热速率大于煤氧反应,从而实现采空区内温度变化的快速反映;不同粒径氧化钙颗粒在采空区等效主体内的填充,模拟采空区内遗煤的堆积;在一定条件下,氧化钙的产热量大于风流带走的热量,氧化钙的温度上升,对温度上升区域进行划分,可指导采空区中自燃危险区域的判定。温度场监测仪器为手持式红外热像仪,实现了采空区内温度变化过程的直观反映。采用稳定的“U”型通风方式,实时观测温度场演化进程,将定时拍摄的红外图像导出分析,结果显示降温区域分布于进风口和回风口附近,且逐步向后推移至稳定不变,进风侧降温区域范围大于回风侧,升温区域呈“羊角型”分布;分析风量对采空区温度分布的影响,结果显示,随着风量增大,降温区域宽度也增大,即升温区域向后推移;在“U+L”型通风方式下重复上述研究,结果显示“U+L”型通风比“U”型通风的升温区域范围大,联络巷附近升温趋势明显。最后,利用Comsol软件建立采空区模型,模拟采空区温度场分布,模拟结果显示,进风侧的降温区域较大,而高温区域距离回风侧工作面更近,进一步验证了实验结果的正确性。该论文有图32幅,表3个,参考文献76篇。