采空区气体渗流相似模拟实验平台研发及应用
发布时间：2020-12-07 12:37
针对目前矿井采空区煤自然发火的普遍现象，为了进一步掌握采空区漏风规律，给灾害预防和控制提供理论依据，本文就U型通风工作面采空区漏风流场分布一课题，以物理相似材料模拟实验理论和方法为基础，通过自主研发小型采空区气体渗流相似模拟实验平台，并开展实验研究掌握了采空区漏风流场分布规律，实验结果与现场实际吻合，验证了本实验平台的科学性，为今后此方面的研究提供了一种新的科研方法。本实验平台设计的主体思路是“三维构造，自然垮落，立体监测”，实验台由四部分主体组成，分别为实验台箱体、开采系统、通风系统和监测系统，由于各系统的独特设计，该实验台边界条件可调，通风量和漏风点可控，可依据原型具体条件调整实验参数，进行模拟实验，同时也可以运用单一变量实验方法，进行多组重复实验研究某一因素对研究对象的影响。本实验平台在实验手段和方法上均有较大的创新，通过将原型岩层参数按照一定比例运用岩土相似材料模拟技术进行模型制作，结合独特的手动开采系统，可模拟与现场类似的覆岩及开采条件，实现了采空区的自然垮落并最终形成了较为理想的采空区模型，以此采空区为研究对象，运用示踪气体监测技术，通过得出的气体浓度场来分析漏风规律。在实...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 煤自燃机理
1.2.2 采空区漏风与渗流理论
1.2.3 采空区相似模拟实验
1.2.4 目前采场气体渗流模拟实验台存在的主要问题
1.3 研究内容、目标及技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究目标
1.3.3 研究技术路线图
2 采空区气体渗流相似模拟理论
2.1 相似模拟理论
2.2 采空区漏风流场和多孔介质渗流理论
2.3 采空区冒落特征及多孔介质模型模拟
2.3.1 采空区冒落规律
2.3.2 采空区空隙介质特点
2.4 本章小结
3 采空区气体渗流相似模拟实验平台的研发
3.1 采空区气体渗流规律测试实验台设计思路和结构
3.2 实验原型条件
3.3 实验箱体设计参数
3.4 开采系统
3.5 通风系统
3.6 相似材料选择和铺设
3.7 测点布置设计及监测系统
3.7.1 监测布点
3.7.2 监测系统
3.8 实验台相似性分析
3.8.1 几何相似
3.8.2 运动相似
3.8.3 动力相似
3.9 实验平台整体效果及其特点
3.10 本章小结
4 采空区气体渗流相似模拟实验研究
4.1 实验前准备
4.1.1 开采系统的准备
4.1.2 通风系统的准备
4.1.3 监测设备的调试
4.1.4 实验台的整体密封
4.2 相似材料配比及填充
4.3 实验过程
4.3.1 形成采空区并开展矿压监测
4.3.2 通风
4.3.3 数据采集
4.4 实验结果
4.4.1 应变监测结果
4.4.2 声发射系统数据
4.4.3 氦气浓度测定数据
4.5 本章小结
5 采空区气体渗流相似模拟实验结果分析
5.1 模型开采过程中应变数据分析
5.2 声发射系统数据整理
5.3 一源一汇通风流场漏风规律
5.4 本章小结
6 结论及展望
6.1 主要结论
6.2 主要创新点
6.3 研究展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]沙曲矿采空区瓦斯抽采相似模拟实验研究[J]. 张浩然,赵耀江,谢生荣. 中国煤炭. 2011(03)
[2]基于模糊渗流理论的采场上隅角瓦斯治理[J]. 朱敏,陈长华,李建林. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2010(S1)
[3]采空区渗透率分布对流场的影响[J]. 高建良,王海生. 中国安全科学学报. 2010(03)
[4]采空区自然发火位置相似模拟模型[J]. 陈长华,王真. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2009(S2)
[5]采空区风流移动规律数值模拟及研究[J]. 阮国强,邢思云,王振平. 煤矿现代化. 2009(04)
[6]急倾斜工作面采空区瓦斯分布规律的相似模拟研究[J]. 魏引尚,邓敢博,吴晓凡,曹建涛. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2009(01)
[7]采空区瓦斯运移规律研究[J]. 李晓泉. 现代矿业. 2009(03)
[8]示踪技术在采空区漏风研究中的应用[J]. 蔡正委,戴广龙,张树川. 采矿技术. 2009(02)
[9]采空区漏风流场的Fluent数值模拟[J]. 王济凯,鲍学彬,丁仰卫. 山东煤炭科技. 2009(01)
[10]采空区漏风状况模拟及其分析[J]. 陈明河. 矿业安全与环保. 2009(01)
博士论文
[1]双高矿井采场自燃与爆炸特性及防治技术研究[D]. 周西华.辽宁工程技术大学 2006
[2]煤自燃过程的实验及数值模拟研究[D]. 文虎.西安科技大学 2003
硕士论文
[1]一种新型物理相似模拟实验架结构设计[D]. 张羽强.西安科技大学 2008
本文编号：2903264
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 煤自燃机理
1.2.2 采空区漏风与渗流理论
1.2.3 采空区相似模拟实验
1.2.4 目前采场气体渗流模拟实验台存在的主要问题
1.3 研究内容、目标及技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究目标
1.3.3 研究技术路线图
2 采空区气体渗流相似模拟理论
2.1 相似模拟理论
2.2 采空区漏风流场和多孔介质渗流理论
2.3 采空区冒落特征及多孔介质模型模拟
2.3.1 采空区冒落规律
2.3.2 采空区空隙介质特点
2.4 本章小结
3 采空区气体渗流相似模拟实验平台的研发
3.1 采空区气体渗流规律测试实验台设计思路和结构
3.2 实验原型条件
3.3 实验箱体设计参数
3.4 开采系统
3.5 通风系统
3.6 相似材料选择和铺设
3.7 测点布置设计及监测系统
3.7.1 监测布点
3.7.2 监测系统
3.8 实验台相似性分析
3.8.1 几何相似
3.8.2 运动相似
3.8.3 动力相似
3.9 实验平台整体效果及其特点
3.10 本章小结
4 采空区气体渗流相似模拟实验研究
4.1 实验前准备
4.1.1 开采系统的准备
4.1.2 通风系统的准备
4.1.3 监测设备的调试
4.1.4 实验台的整体密封
4.2 相似材料配比及填充
4.3 实验过程
4.3.1 形成采空区并开展矿压监测
4.3.2 通风
4.3.3 数据采集
4.4 实验结果
4.4.1 应变监测结果
4.4.2 声发射系统数据
4.4.3 氦气浓度测定数据
4.5 本章小结
5 采空区气体渗流相似模拟实验结果分析
5.1 模型开采过程中应变数据分析
5.2 声发射系统数据整理
5.3 一源一汇通风流场漏风规律
5.4 本章小结
6 结论及展望
6.1 主要结论
6.2 主要创新点
6.3 研究展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]沙曲矿采空区瓦斯抽采相似模拟实验研究[J]. 张浩然,赵耀江,谢生荣. 中国煤炭. 2011(03)
[2]基于模糊渗流理论的采场上隅角瓦斯治理[J]. 朱敏,陈长华,李建林. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2010(S1)
[3]采空区渗透率分布对流场的影响[J]. 高建良,王海生. 中国安全科学学报. 2010(03)
[4]采空区自然发火位置相似模拟模型[J]. 陈长华,王真. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2009(S2)
[5]采空区风流移动规律数值模拟及研究[J]. 阮国强,邢思云,王振平. 煤矿现代化. 2009(04)
[6]急倾斜工作面采空区瓦斯分布规律的相似模拟研究[J]. 魏引尚,邓敢博,吴晓凡,曹建涛. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2009(01)
[7]采空区瓦斯运移规律研究[J]. 李晓泉. 现代矿业. 2009(03)
[8]示踪技术在采空区漏风研究中的应用[J]. 蔡正委,戴广龙,张树川. 采矿技术. 2009(02)
[9]采空区漏风流场的Fluent数值模拟[J]. 王济凯,鲍学彬,丁仰卫. 山东煤炭科技. 2009(01)
[10]采空区漏风状况模拟及其分析[J]. 陈明河. 矿业安全与环保. 2009(01)
博士论文
[1]双高矿井采场自燃与爆炸特性及防治技术研究[D]. 周西华.辽宁工程技术大学 2006
[2]煤自燃过程的实验及数值模拟研究[D]. 文虎.西安科技大学 2003
硕士论文
[1]一种新型物理相似模拟实验架结构设计[D]. 张羽强.西安科技大学 2008
本文编号：2903264
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/2903264.html
