采空区注入低温氮气防灭火数值模拟

发布时间：2017-04-08 19:13

  本文关键词：采空区注入低温氮气防灭火数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氮气作为一种防灭火技术具有灭火迅速、效果显著、安全可靠、操作简单等优点而受到国内外的广泛关注，本文通过理论分析、数值模拟和现场应用相结合的方法，以井下实测数据为基础，理论分析和数值模拟为先导，模拟低温氮气在采空区内运移规律，优化现场注氮工艺。 首先根据低温氮气防灭火特性研究液氮防灭火工艺，综合分析液氮直注式和液氮汽化式工艺存在的问题，并提出了液氮可控温式汽化工艺，克服了液氮远距离输送难以保温、极易汽化、冻坏管路等问题。 通过对采空区上覆岩层垮落特征、垂直三带高度的分析，研究了采空区碎胀系数、孔隙率、渗透率、粘性阻力系数之间的关系及其在采空区内的分布特性，为编制孔隙率和粘性阻力系数UDF提供了重要的依据。 通过推导采空区内气体流动基本方程，建立了采空区风流运移模型，模拟采空区内温度场、气体浓度场及风流场，得出低温氮气在采空区内运移规律。提出了采空区惰化降温指标，并根据指标定量分析温度和流量对采空区惰化降温效果的影响，得出了采空区内最佳注氮位置和最佳注氮流量，并综合分析注氮对工作面氧气浓度的影响。 最后，结合理论分析及数值模拟结果，并根据神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿120204工作面自然发火情况，优化设计了现场注氮工艺，确定了其实际注氮钻孔位置及注氮流量。通过监测工作面CO浓度和气体温度，，分析了注氮对工作面采空区的惰化降温效果。
【关键词】：注氮 温度 流量 浓度 多孔介质
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD753
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-12
• 图清单12-15
• 表清单15-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-24
• 1.1 研究背景及意义17-18
• 1.2 国内外研究现状18-21
• 1.3 研究内容与研究方法21-24
• 2 井下注氮防灭火理论与工艺研究24-32
• 2.1 低温氮气防灭火机理及特性24-26
• 2.2 液氮防灭火工艺26-28
• 2.3 不同注氮工艺存在的问题及分析28-29
• 2.4 井下可控温式液氮防灭火工艺29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 采场气体运移数学模型及其边界条件32-40
• 3.1 采动裂隙场的多孔介质渗流特性32-35
• 3.2 采空区渗流参数的确定35-36
• 3.3 采空区气体流动基本方程36-38
• 3.4 Fluent软件介绍38
• 3.5 本章小结38-40
• 4 低温氮气在采空区运移规律数值模拟40-58
• 4.1 工作面概况及数学模型建立40-41
• 4.2 注氮前后流场及气体浓度场的对比研究41-44
• 4.3 地面钻孔注氮位置的确定44-47
• 4.4 低温氮气在采空区内运移规律47-55
• 4.5 工作面氧气浓度变化55-57
• 4.6 本章小结57-58
• 5 羊场湾矿注氮防灭火技术工程应用58-66
• 5.1 Y120204 工作面自然发火概况58-59
• 5.2 注氮防灭火系统及实施59-63
• 5.3 监测及注氮效果评价63-65
• 5.4 本章小结65-66
• 6 结论与展望66-68
• 6.1 主要结论66-67
• 6.2 本文创新点67
• 6.3 工作展望67-68
• 参考文献68-72
• 作者简历72-74
• 学位论文数据集74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：293515