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恭喜！IF 10.1 的工程技术一区期刊《Energy》已成功发表！

2026-8-3 17:07

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文章已发表在SCI期刊 Energy（最新SCI期刊分区：工程技术学1区，IF 10.1），评论可以沾沾好运~标题为：Study on the multi-field coupling evolution law of coal spontaneous combustion–methane coupled hazards in the goaf of ultra-long working faces

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要点

揭示了超长工作面温度–氧气–瓦斯–流场的耦合机制。
建立了冒落带与裂隙带非均质性的三维演化框架。
构建了煤氧化、氧气、瓦斯与工作面推进的多场模型。
量化了推进速度和工作面风量对灾害演化的影响。
引入了用于煤自燃–瓦斯耦合灾害评估的风险指数。

摘要

本研究采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的综合方法，系统研究了超长工作面采空区煤自燃–瓦斯耦合灾害的多场耦合演化。首次构建了集煤氧化放热、耗氧、瓦斯解吸和漏风驱动气体流动于一体的综合数值模型，该模型融合了工作面动态推进、三维分区孔隙率–渗透率结构以及多物理场耦合，实现了各物理场之间的动态相互作用与反馈。考虑工作面埋深和顶底板岩性，模型定量表征了二者对瓦斯运移及多场演化的调控效应。通过参数敏感性验证，评价了关键模型参数的影响，为推进速度和工作面风量等关键工程参数的优化提供了量化指导。利用COMSOL模拟，分析了不同推进速度与工作面风量条件下灾害的时空演化规律。

结果表明，推进速度为4 m/d时，多场耦合达到最优平衡，氧运移、瓦斯释放和对流换热实现动态协调；工作面风量为2604 m³/min时，瓦斯峰值浓度显著降低，氧浓度与温度分布同步优化，达到全局最优的多场耦合状态。

本研究揭示了关键控制参数的调控机制，为超长工作面煤自燃–瓦斯耦合灾害风险预测、运行参数优化及精准防控提供了坚实且可量化的工程指导。

研究结果（部分）

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图1. 变形几何模型的动态演化示意图。

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图6. 不同参数的敏感性分析。

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图13. 不同推进速度对采空区甲烷区的影响。

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图21. 不同工作面风量下采空区危险区面积对比。

总结

本工作系统研究了超长工作面采空区煤自燃–瓦斯耦合灾害的多物理场耦合演化，重点探讨了推进速度和工作面风量对热–氧–瓦斯–流场响应的调控机制，明确了推进速度和工作面风量对多物理场演化的主导控制作用。主要结论如下：

（1）建立了综合考虑动态推进速度、三维分层孔隙率–渗透率结构及多物理场耦合的综合数值模型，首次实现了煤氧化放热、耗氧、瓦斯解吸与漏风驱动气体流动之间的动态耦合与反馈分析。模型定量揭示了采空区内不同空间位置的多场演化特征，为分析煤自燃–瓦斯耦合灾害机理提供了完整的理论与工程框架。基于该模型开展了参数敏感性验证，系统评估了关键物理参数对多场演化的影响，为推进速度和风量优化提供了量化依据。

（2）推进速度是多场耦合演化的关键控制参数，直接影响采空区内氧气运移、瓦斯输运和煤氧化放热。在3 m/d条件下，遗煤与氧气长时间接触，促进热量积聚，高温区扩展，峰值温度升高；此时煤自燃–瓦斯耦合灾害以自热为主导，瓦斯解吸和渗流通道不足，瓦斯峰值浓度最低。在5 m/d条件下，高温区收缩，但较快推进速度增强了瞬时瓦斯解吸，导致采空区中远部瓦斯富集，瓦斯超限风险凸显。在4 m/d条件下，裂隙与渗流通道稳定发育，保证持续供氧和可控氧化放热，高温区范围和峰值温度均受到抑制，同时建立有效的瓦斯解吸与输运通道。渗透率、氧气、热量和瓦斯运移实现协同耦合，综合危险指数达到最低，煤自燃–瓦斯耦合灾害演化达到最优平衡。

（3）工作面风量决定着多场耦合的稳定性，是调控煤自燃–瓦斯耦合灾害风险的关键因素，直接影响供氧、散热及瓦斯输运通道的发育。模拟结果表明，风量为2204 m³/min时，渗流通道不足，限制氧气渗入，制约煤氧化进程；高温区相对较小、峰值温度较低，而瓦斯积聚导致瓦斯超限风险占主导。风量为2604 m³/min时，氧气适度渗入，煤氧化受控，高温区趋于稳定，瓦斯解吸与输运同步发生，瓦斯峰值浓度显著下降，多场耦合趋于稳定，综合危险指数显著降低，实现了热、氧、瓦斯的协同优化，是采空区灾害防控的最优风量区间。风量为2804 m³/min时，压差过大导致氧气过量供应，高温区快速扩展，自热风险增大。

综上所述，本研究通过理论分析、数值模拟与现场实测，阐明了推进速度和工作面风量影响下超长工作面采空区煤自燃–瓦斯耦合灾害的耦合演化机制，参数敏感性验证进一步支持了最优作业条件的确定，为工程应用提供了定量指导，形成了从模型构建到灾害防控的完整框架。

作者致谢

本研究受国家自然科学基金（项目编号：52374196）和河南省自然科学基金（项目编号：232300420080）资助。感谢LetPub（www.letpub.com.cn）在本文撰写过程中给予的语言协助。

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