余吾煤业采动裂隙场中瓦斯运移规律研究及工程应用

发布时间：2017-05-04 16:17

  本文关键词：余吾煤业采动裂隙场中瓦斯运移规律研究及工程应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：采动裂隙场瓦斯流动是实现深部煤与瓦斯共采的基础。本文采用了WYS-800微机控制电液伺服三轴瓦斯渗流试验装置,进行了瓦斯煤的力学特性和瓦斯渗流的实验。通过对实际的采动裂隙带的简化构建了采动裂隙场的梯台模型,数学模型的构建运用了动量守恒方程、连续性方程等,采用FLUENT模拟软件对U型通风系统和U型通风+高抽巷的采动裂隙带中瓦斯运移规律进行了模拟,通过余吾煤业S2107工作面的实测来验证。在不同瓦斯压力和不同围压条件下进行了三轴应力-应变渗流实验。常规三轴应力—应变分为四个阶段:压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段。加卸载应力—应变分为三个阶段:轴向应力加载阶段、轴向应力恒定阶段、轴向应力下降阶段。在围压不变的条件下,煤样的抗压强度会随着瓦斯压力的变大而减小,煤样的渗透率随着瓦斯压力的变化呈现一定的规律。在瓦斯压力不变的条件下,煤样的强度会随着围压的增大而增大,煤样的渗透率会随着围压的增大而减小。从两种条件下的渗透率曲线来看,基本上呈现“U”字型,煤样的渗透率会随着轴向应力的增加先减小然后增大。在不同瓦斯压力条件下加卸载实验中,轴向力恒定阶段煤样的轴向应变、体积应变、径向应变匀速的增大,渗透率一开始继续下降,然后渗透率开始增大,增加的幅度非常小,在下降阶段,渗透率迅速增大,而且瓦斯压力越大,渗透率也会相应的增大。不同围压条件下的加卸载实验,开始卸围压时,轴压是不变的,轴向应变,径向应变,体积应变开始增大。而且围压越小,三种变形增长速率越大,说明围压对瓦斯渗透有束缚作用,而且最终的渗透率都不会超过初始值。用FLUENT软件对U型通风、U型通风+高抽巷两种通风系统下的瓦斯运移规律进行了模拟,得出了从工作面到采空区深部瓦斯浓度逐渐升高,上隅角瓦斯浓度较高。U型通风+高抽巷条件下,工作面上隅角瓦斯浓度降低到了1%以下,改善了工作面安全条件。通过对余吾煤业S2107工作面的实测得出高抽巷抽采瓦斯量大,抽采浓度高,同时高抽巷的抽采降低了回风巷的瓦斯量和瓦斯浓度。高抽巷抽采瓦斯量和上隅角瓦斯浓度分析对比,得出开采初期高抽巷抽采瓦斯量比较小,而上隅角瓦斯浓度非常高,随着采动裂隙带的发育开始,高抽巷抽采瓦斯量逐步增大,上隅角瓦斯浓度逐渐降低了,高抽巷解决了工作面和上隅角瓦斯超限的问题,改善了工作面安全生产条件。
【关键词】：采动裂隙场 瓦斯运移 渗透率 上隅角
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究课题的提出10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 瓦斯渗流理论研究现状11-13
• 1.2.2 采动裂隙场演化研究现状13-15
• 1.2.3 含瓦斯煤加载力学特性研究现状15-17
• 1.3 论文主要研究内容及技术路线17-18
• 1.3.1 研究内容17
• 1.3.2 技术路线17-18
• 2 瓦斯在采动覆岩裂隙场分布规律18-28
• 2.1 采动覆岩裂隙场的形成及其形态分布18-19
• 2.2 采动覆岩裂隙场的划分19-22
• 2.2.1 采动覆岩裂隙场三区划分20
• 2.2.2 采动覆岩裂隙场三带划分20-22
• 2.3 采动裂隙场卸压瓦斯运移规律22-27
• 2.3.1 采动裂隙场中瓦斯来源22-23
• 2.3.2 采动卸压瓦斯空隙渗流特性23-24
• 2.3.3 瓦斯运移关键控制因素24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 含瓦斯煤力学特性及渗流规律试验研究28-48
• 3.1 煤样的采集及加工28-29
• 3.2 煤样的基本参数29-30
• 3.3 试验装置30-31
• 3.4 实验方案31-32
• 3.5 试验结果分析32-46
• 3.5.1 不同瓦斯压力煤体全应力-应变渗流实验32-36
• 3.5.2 不同围压煤岩全应力-应变瓦斯渗流实验36-40
• 3.5.3 不同瓦斯压力条件下加卸载煤样力学特性及渗流特性试验研究40-44
• 3.5.4 不同围压条件下加卸载煤样力学特性及渗流特性试验研究44-46
• 3.6 本章小节46-48
• 4 采动裂隙带中瓦斯运移规律数值模拟分析48-62
• 4.1 FLUEN T软件简介48-49
• 4.2 数学模型的建立49-50
• 4.3 采动裂隙场的几何模型及网格划分50-51
• 4.4 模型主要参数的确定51-54
• 4.4.1 孔隙率51-52
• 4.4.2 瓦斯源项的确定52-53
• 4.4.3 模拟边界条件的确定53-54
• 4.5 数值模拟分析54-59
• 4.5.1 U型通风下瓦斯运移规律数值模拟54-57
• 4.5.2 U型通风+走向高抽巷通风系统瓦斯运移规律数值模拟57-59
• 4.6 本章小节59-62
• 5 卸压瓦斯抽采工程应用62-72
• 5.1 S2107工作面概况62-63
• 5.2 高抽巷抽采瓦斯设计原理63
• 5.3 高抽巷位置布置63-64
• 5.3.1 与煤层顶板垂直的布置63-64
• 5.3.2 与回风巷平距的布置64
• 5.4 综放工作面瓦斯涌出规律64-66
• 5.5 采空区瓦斯涌出规律66-67
• 5.5.1 采空区瓦斯浓度分布规律67
• 5.5.2 采空区瓦斯涌出规律67
• 5.6 抽采效果67-71
• 5.7 本章小节71-72
• 6 结论与展望72-74
• 6.1 主要结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 攻读硕士学位期间主要科研成果80

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