迈向可持续采矿：基于计算机模拟的煤炭自燃倾向研究

《Scientific Reports》：Toward sustainable mining: an in silico photothermal investigation of coal susceptibility to spontaneous combustion

　　

摘要

煤炭的自燃现象给采矿作业带来了严重的安全、经济和环境挑战，因此需要及时且准确地评估煤炭自燃的倾向性。本研究提出了一种新的计算机模拟光热传感方法，用于研究煤炭的热行为及其与自燃倾向性的关系。该方法利用激光诱导的光热效应以及煤炭表面附近空气中的热光学折射率变化，通过马赫-曾德尔干涉仪进行检测。研究还建立了瞬态热扩散模型，用于模拟不同热导率和比热容的煤炭样本的温度变化及折射率梯度。通过优化泵浦激光和探测器的参数，确保在安全的采矿作业条件下能够获得可测量的干涉信号。针对低、中、高自燃倾向性的煤炭样本，模拟得到的光热特征以干涉图像的形式呈现，且彼此存在明显差异。这些结果表明，光热传感方法作为一种快速、非接触式的检测工具，可用于早期评估煤炭自燃风险，有助于实现更安全、更可持续的采矿方式。