采空区隐蔽热源的气热场特性研究
发布时间：2021-11-01 14:51
采空区是煤自燃多发区域,采空区的复杂性导致采空区煤自燃热源位置较为隐蔽,研究煤自燃导致的采空区气体及温度变化特征是分析判断采空区煤自燃隐蔽热源位置并进行有效防控的基础。本文以龙固煤矿1301工作面采空区为研究对象,应用FLAC3D数值模拟软件,研究了煤层开采过程中覆岩垂直应力和塑性破坏变化规律,获得了采空区走向及倾向上应力分布,开发了采空区空间分布模型;通过程序升温实验与理论推导,建立了采空区遗煤自燃的耗氧速率和CO生成速率数理模型;在上述研究的基础上开发了采空区煤自燃隐蔽热源气热场分布的数值模拟模型,模拟了采空区存在隐蔽热源情况下的气体、温度场变化规律。主要成果如下:（1）使用FLAC3D仿真计算软件,模拟研究了煤层开采过程中上覆岩层垂直应力及塑性破坏动态变化规律;根据煤层开采结束后覆岩塑性破坏特征,得出采空区冒落带高度为15.05m,裂隙带高度为28.3m;基于采空区底板走向及倾向应力变化特征,采用双曲正切函数拟合构建了采空区三维孔隙率、渗透率分布模型;（2）利用程序升温实验开展了煤自燃特性参数研究,通过理论推导及回归分析建立了煤样耗氧速率及CO生成速率与煤温之间的关系,考虑氧气浓...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数值计算模型
2采空区覆岩破坏变形规律数值模拟研究13状态从压应力整体转变为拉应力状态，受采动影响，上覆岩层逐渐断裂垮落，上部垮落岩层及已开采煤层先期承载的应力向采空区两端转移，在工作面煤壁前方及切眼处煤壁后方形成一定范围的应力集中区域，采空区顶底板形成一定范围的应力释放区，覆岩应力分布整体上呈轴对称分布的‘拱’形态，随着工作面的不断推进，覆岩应力分布形态逐渐由‘拱’形态转变为中间低两边高的‘马鞍’形。图2-3开挖10m时应力分布云图Figure2-3Clouddiagramofstressdistributionat10mexcavation图2-4开挖10m时底板垂直应力变化曲线Figure2-4Curveofverticalstressonthefloorwhenexcavating10m当煤层开挖10m时，煤层顶底板中部51.6～57.7m出现明显应力释放区，但由于开挖距离较短，覆岩破坏程度较低，煤层顶板并未出现拉应力，受煤层开采影响，由煤层所承载的应力向采空区两侧传递，形成两处应力集中区，其中一处位于工作面左侧4.6m处，另一处位于停采线右侧0.6m处，因为忽略煤层倾角的
2采空区覆岩破坏变形规律数值模拟研究13状态从压应力整体转变为拉应力状态，受采动影响，上覆岩层逐渐断裂垮落，上部垮落岩层及已开采煤层先期承载的应力向采空区两端转移，在工作面煤壁前方及切眼处煤壁后方形成一定范围的应力集中区域，采空区顶底板形成一定范围的应力释放区，覆岩应力分布整体上呈轴对称分布的‘拱’形态，随着工作面的不断推进，覆岩应力分布形态逐渐由‘拱’形态转变为中间低两边高的‘马鞍’形。图2-3开挖10m时应力分布云图Figure2-3Clouddiagramofstressdistributionat10mexcavation图2-4开挖10m时底板垂直应力变化曲线Figure2-4Curveofverticalstressonthefloorwhenexcavating10m当煤层开挖10m时，煤层顶底板中部51.6～57.7m出现明显应力释放区，但由于开挖距离较短，覆岩破坏程度较低，煤层顶板并未出现拉应力，受煤层开采影响，由煤层所承载的应力向采空区两侧传递，形成两处应力集中区，其中一处位于工作面左侧4.6m处，另一处位于停采线右侧0.6m处，因为忽略煤层倾角的
【参考文献】：
期刊论文
[1]红庆河煤矿综采工作面采空区“三带”测定及模拟分析[J]. 吕会庆,许永成,刘春江. 能源与环保. 2019(12)
[2]基于分形理论的采空区遗煤孔隙率研究[J]. 朱建芳,宋富美,段嘉敏,申家辉,李季. 科学技术与工程. 2019(32)
[3]综放工作面采空区“三带”实测及注氮管步距确定[J]. 藏亮,李本一. 科技创新与生产力. 2019(09)
[4]采煤工作面采空区自燃“三带”分布实测研究[J]. 闫宇. 山东煤炭科技. 2019(07)
[5]不同自燃倾向性煤的指标气体产生规律实验研究[J]. 沈云鸽,王德明,朱云飞. 中国安全生产科学技术. 2018(04)
[6]采空区氧化-升温耦合模拟相似准则及传热相似性研究[J]. 袁飞,周佩玲,黄志安,高玉坤,张英华. 煤炭学报. 2017(S2)
[7]瑞安煤矿双巷束管监测技术优化及采空区“三带”划分[J]. 沈志远,齐庆杰,张海洋,郭晓天. 矿业安全与环保. 2017(06)
[8]贫氧条件下煤自燃特性的热重-红外实验研究[J]. 邓军,杨俊义,张玉涛,李亚清. 煤矿安全. 2017(04)
[9]贫氧条件下煤自燃特性实验研究[J]. 张群,李玉福,姚海飞,徐长富,郑忠亚,王海燕. 煤矿开采. 2016(06)
[10]煤耗氧速率与CO生成速率的计算及实验论证[J]. 刘伟,秦跃平,乔珽,马步才. 中国矿业大学学报. 2016(06)
博士论文
[1]高瓦斯易自燃采空区流场特征及遗煤氧化特性研究[D]. 余照阳.中国矿业大学 2018
[2]神东矿区综采工作面采空区常温条件下CO产生与运移规律研究及应用[D]. 吴玉国.太原理工大学 2015
[3]采动裂隙岩体应力恢复及其渗透性演化[D]. 王文学.中国矿业大学 2014
[4]综放采场CO涌出特征与自燃危险区域判定研究[D]. 贾海林.河南理工大学 2014
[5]综放采空区遗煤自然发火规律及高效防治技术[D]. 曹凯.中国矿业大学 2013
[6]综放工作面采空区自然发火三维数值模拟研究[D]. 刘宏波.中国矿业大学(北京) 2012
[7]高瓦斯易自燃采空区双层遗煤均压通风系统研究[D]. 邵昊.中国矿业大学 2011
[8]采空区气体三维多场耦合规律研究[D]. 车强.中国矿业大学（北京） 2010
[9]采空区漏风流场与瓦斯运移的叠加方法研究[D]. 王红刚.西安科技大学 2009
[10]高瓦斯易自燃采空区瓦斯与自燃耦合研究[D]. 李宗翔.辽宁工程技术大学 2007
硕士论文
[1]防治煤自燃的微胶囊化复合阻化剂研究[D]. 白子明.中国矿业大学 2019
[2]乌兰矿复合采空区自然发火防治技术研究[D]. 陈宝义.煤炭科学研究总院 2018
[3]基于连续性碎胀系数模型的采空区瓦斯非线性渗流规律研究[D]. 李宇琼.太原理工大学 2018
[4]U型通风工作面采空区漏风影响因素研究[D]. 张睿卿.安徽理工大学 2017
[5]徐庄矿7331工作面采空区遗煤自燃特性及“三带”测试技术研究[D]. 凌玉寿.安徽理工大学 2014
[6]综放采空区3D空间非线性渗流及瓦斯运移规律数值模拟研究[D]. 顾润红.辽宁工程技术大学 2012
[7]基于温度场法的采空区火源定位技术研究[D]. 唐明云.安徽理工大学 2005
本文编号：3470303
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数值计算模型
2采空区覆岩破坏变形规律数值模拟研究13状态从压应力整体转变为拉应力状态，受采动影响，上覆岩层逐渐断裂垮落，上部垮落岩层及已开采煤层先期承载的应力向采空区两端转移，在工作面煤壁前方及切眼处煤壁后方形成一定范围的应力集中区域，采空区顶底板形成一定范围的应力释放区，覆岩应力分布整体上呈轴对称分布的‘拱’形态，随着工作面的不断推进，覆岩应力分布形态逐渐由‘拱’形态转变为中间低两边高的‘马鞍’形。图2-3开挖10m时应力分布云图Figure2-3Clouddiagramofstressdistributionat10mexcavation图2-4开挖10m时底板垂直应力变化曲线Figure2-4Curveofverticalstressonthefloorwhenexcavating10m当煤层开挖10m时，煤层顶底板中部51.6～57.7m出现明显应力释放区，但由于开挖距离较短，覆岩破坏程度较低，煤层顶板并未出现拉应力，受煤层开采影响，由煤层所承载的应力向采空区两侧传递，形成两处应力集中区，其中一处位于工作面左侧4.6m处，另一处位于停采线右侧0.6m处，因为忽略煤层倾角的
2采空区覆岩破坏变形规律数值模拟研究13状态从压应力整体转变为拉应力状态，受采动影响，上覆岩层逐渐断裂垮落，上部垮落岩层及已开采煤层先期承载的应力向采空区两端转移，在工作面煤壁前方及切眼处煤壁后方形成一定范围的应力集中区域，采空区顶底板形成一定范围的应力释放区，覆岩应力分布整体上呈轴对称分布的‘拱’形态，随着工作面的不断推进，覆岩应力分布形态逐渐由‘拱’形态转变为中间低两边高的‘马鞍’形。图2-3开挖10m时应力分布云图Figure2-3Clouddiagramofstressdistributionat10mexcavation图2-4开挖10m时底板垂直应力变化曲线Figure2-4Curveofverticalstressonthefloorwhenexcavating10m当煤层开挖10m时，煤层顶底板中部51.6～57.7m出现明显应力释放区，但由于开挖距离较短，覆岩破坏程度较低，煤层顶板并未出现拉应力，受煤层开采影响，由煤层所承载的应力向采空区两侧传递，形成两处应力集中区，其中一处位于工作面左侧4.6m处，另一处位于停采线右侧0.6m处，因为忽略煤层倾角的
【参考文献】：
期刊论文
[1]红庆河煤矿综采工作面采空区“三带”测定及模拟分析[J]. 吕会庆,许永成,刘春江. 能源与环保. 2019(12)
[2]基于分形理论的采空区遗煤孔隙率研究[J]. 朱建芳,宋富美,段嘉敏,申家辉,李季. 科学技术与工程. 2019(32)
[3]综放工作面采空区“三带”实测及注氮管步距确定[J]. 藏亮,李本一. 科技创新与生产力. 2019(09)
[4]采煤工作面采空区自燃“三带”分布实测研究[J]. 闫宇. 山东煤炭科技. 2019(07)
[5]不同自燃倾向性煤的指标气体产生规律实验研究[J]. 沈云鸽,王德明,朱云飞. 中国安全生产科学技术. 2018(04)
[6]采空区氧化-升温耦合模拟相似准则及传热相似性研究[J]. 袁飞,周佩玲,黄志安,高玉坤,张英华. 煤炭学报. 2017(S2)
[7]瑞安煤矿双巷束管监测技术优化及采空区“三带”划分[J]. 沈志远,齐庆杰,张海洋,郭晓天. 矿业安全与环保. 2017(06)
[8]贫氧条件下煤自燃特性的热重-红外实验研究[J]. 邓军,杨俊义,张玉涛,李亚清. 煤矿安全. 2017(04)
[9]贫氧条件下煤自燃特性实验研究[J]. 张群,李玉福,姚海飞,徐长富,郑忠亚,王海燕. 煤矿开采. 2016(06)
[10]煤耗氧速率与CO生成速率的计算及实验论证[J]. 刘伟,秦跃平,乔珽,马步才. 中国矿业大学学报. 2016(06)
博士论文
[1]高瓦斯易自燃采空区流场特征及遗煤氧化特性研究[D]. 余照阳.中国矿业大学 2018
[2]神东矿区综采工作面采空区常温条件下CO产生与运移规律研究及应用[D]. 吴玉国.太原理工大学 2015
[3]采动裂隙岩体应力恢复及其渗透性演化[D]. 王文学.中国矿业大学 2014
[4]综放采场CO涌出特征与自燃危险区域判定研究[D]. 贾海林.河南理工大学 2014
[5]综放采空区遗煤自然发火规律及高效防治技术[D]. 曹凯.中国矿业大学 2013
[6]综放工作面采空区自然发火三维数值模拟研究[D]. 刘宏波.中国矿业大学(北京) 2012
[7]高瓦斯易自燃采空区双层遗煤均压通风系统研究[D]. 邵昊.中国矿业大学 2011
[8]采空区气体三维多场耦合规律研究[D]. 车强.中国矿业大学（北京） 2010
[9]采空区漏风流场与瓦斯运移的叠加方法研究[D]. 王红刚.西安科技大学 2009
[10]高瓦斯易自燃采空区瓦斯与自燃耦合研究[D]. 李宗翔.辽宁工程技术大学 2007
硕士论文
[1]防治煤自燃的微胶囊化复合阻化剂研究[D]. 白子明.中国矿业大学 2019
[2]乌兰矿复合采空区自然发火防治技术研究[D]. 陈宝义.煤炭科学研究总院 2018
[3]基于连续性碎胀系数模型的采空区瓦斯非线性渗流规律研究[D]. 李宇琼.太原理工大学 2018
[4]U型通风工作面采空区漏风影响因素研究[D]. 张睿卿.安徽理工大学 2017
[5]徐庄矿7331工作面采空区遗煤自燃特性及“三带”测试技术研究[D]. 凌玉寿.安徽理工大学 2014
[6]综放采空区3D空间非线性渗流及瓦斯运移规律数值模拟研究[D]. 顾润红.辽宁工程技术大学 2012
[7]基于温度场法的采空区火源定位技术研究[D]. 唐明云.安徽理工大学 2005
本文编号：3470303
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