顶板高位钻孔瓦斯抽采数值模拟及应用研究

发布时间：2017-05-09 20:02

  本文关键词：顶板高位钻孔瓦斯抽采数值模拟及应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：利用顶板高位钻孔抽采采空区瓦斯是现阶段治理矿井瓦斯超限的一种重要手段，对矿井瓦斯抽采有着较大的影响。本文系统总结了采空区内瓦斯的渗流特征以及瓦斯的分布规律，对顶板高位钻孔的机理、顶板高位钻孔抽采采空区瓦斯技术进行了分析，结合某矿Ⅲ4423工作面的实际情况，采用理论分析、数值模拟、现场实测等手段，对顶板高位钻孔抽采瓦斯条件下采空区瓦斯运移规律进行了全面的研究。 采用流体力学相关知识，结合Ⅲ4423工作面的实际情况，利用Gambit建立简化的采空区物理模型，结合计算流体力学的相关理论得到了采空区瓦斯运移计算的数学模型，同时总结Fluent模拟采空区瓦斯在未抽采和顶板高位钻孔抽采瓦斯两种不同条件瓦斯运移规律，，并对比了不同顶板高位钻孔抽采参数的条件下，采空区瓦斯的运移规律变化。 在对Ⅲ4423工作面实测的基础上，利用分源法预测采空区瓦斯涌出量，计算并得到了Ⅲ4423工作面采空区瓦斯的涌出量。根据覆岩的碎胀系数估算出了采空区冒落带和裂隙带的大致高度，采空区冒落带内各个不同区域的渗透率以及粘性阻力系数通过基础理论计算得到，为数值模拟提供了相应的理论支持。 经现场试验的九组高位钻孔可知，Ⅲ4423工作面顶板高位钻孔瓦斯抽采量最大为二号钻场的19821.74m3，最低的抽放量为第九组8093.66m3组，所取的九组高位钻孔的瓦斯平均抽放瓦斯量为14931.23m3，整体效果不错。对Ⅲ4423工作面采空区顶板高位钻孔抽采瓦斯的影响因素进行分析，结合数值模拟的结果，提出了顶板高位钻孔的优化措施。
【关键词】：顶板高位钻孔 运移规律 数值模拟 瓦斯抽采
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 多孔介质渗透系数研究概况11-12
• 1.2.2 采空区瓦斯渗流理论研究概况12-14
• 1.2.3 采空区瓦斯运移规律数值模拟研究概况14-15
• 1.3 研究内容15
• 1.4 研究意义15
• 1.5 研究方法15-18
• 第二章 采空区瓦斯渗流特征及分布规律18-30
• 2.1 采空区瓦斯渗流影响分析18-22
• 2.1.1 采空区瓦斯涌出源18-19
• 2.1.2 采空区瓦斯涌出量计算方法19-21
• 2.1.3 采空区多孔介质的渗透率21-22
• 2.2 采空区内瓦斯渗流模型22-25
• 2.2.1 采空区瓦斯渗流流固耦合场作用22-23
• 2.2.2 采空区瓦斯流动数学模型23-25
• 2.3 采空区瓦斯运移规律25-27
• 2.3.1 本煤层采空区瓦斯运移规律25-26
• 2.3.2 邻近层瓦斯涌入采空区后瓦斯运移分布规律26-27
• 2.4 本章小结27-30
• 第三章 覆岩裂隙变化及钻孔布置参数研究30-42
• 3.1 覆岩裂隙变化规律研究30-34
• 3.1.1 采动裂隙的形成与分类30-32
• 3.1.2 采动裂隙“O”形圈理论32-33
• 3.1.3 采动裂隙椭抛带理论33-34
• 3.2 采空区覆岩碎胀系数研究34-36
• 3.2.1 自然堆积区的碎胀特性34-35
• 3.2.2 载荷影响区的碎胀特性35
• 3.2.3 压实稳定区的碎胀特性35-36
• 3.3 顶板高位钻孔抽采瓦斯技术36-40
• 3.3.1 顶板高位钻孔终孔布置36-37
• 3.3.2 顶板高位钻孔参数设置37-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 采空区瓦斯运移规律数值模拟42-64
• 4.1 采空区CFD模拟方法与原理42-46
• 4.1.1 Fluent软件介绍42-43
• 4.1.2 Fluent数值模拟数学模型43-46
• 4.2 数值模拟参数和模型的简化46-53
• 4.2.1 Ⅲ4423工作面采空区简化物理模型46-48
• 4.2.2 Ⅲ4423 数值模拟参数48-53
• 4.3 Ⅲ4423工作面采空区瓦斯分布数值模拟53-62
• 4.3.1 Ⅲ4423工作面采空区瓦斯分布数值模拟(未抽采)53-56
• 4.3.2 Ⅲ4423工作面顶板高位钻孔抽采瓦斯条件下采空区运移规律56-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 顶板高位钻孔抽采瓦斯试验研究64-74
• 5.1 矿井工作面概况64-65
• 5.1.1 工作面位置及概况64
• 5.1.2 工作面煤层情况64
• 5.1.3 工作面煤层顶底板情况64-65
• 5.1.4 工作面内地质构造情况65
• 5.2 采空区瓦斯储积分析65-67
• 5.2.1 火成岩侵蚀对煤层与瓦斯储积的影响分析66
• 5.2.2 地质构造对煤层与瓦斯储积的影响分析66-67
• 5.3 采空区瓦斯抽采方案及实施67-70
• 5.3.1 工作面布置情况67
• 5.3.2 顶板高位钻孔终孔位置优化67-68
• 5.3.3 采空区瓦斯抽采方案及实施68-70
• 5.4 顶板高位钻孔抽采采空区瓦斯效果分析70-73
• 5.4.1 顶板高位钻孔抽放效率分析70-72
• 5.4.2 高位钻场钻孔抽放瓦斯量统计72
• 5.4.3 回风巷瓦斯浓度72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 结论与展望74-76
• 6.1 结论74
• 6.2 创新点74-75
• 6.3 展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 附录A：攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目82

【参考文献】

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9 李树刚,石平五,钱鸣高;覆岩采动裂隙椭抛带动态分布特征研究[J];矿山压力与顶板管理;1999年Z1期

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本文编号：353169