采空区漏风规律及瓦斯运移规律模拟试验研究

发布时间：2022-05-08 12:50

　　随着浅部煤炭资源的持续开发,矿井开采强度不断增大,工作面瓦斯涌出超限己成为了制约煤矿安全生产的瓶颈。工作面瓦斯涌出的主要来源是采空区瓦斯涌出,所以要治理工作面瓦斯涌出超限就有必要先搞清楚瓦斯在采空区内的浓度分布和运移规律。瓦斯在采空区运移的主要驱动力是漏风,漏风又是采空区上隅角瓦斯浓度超限和遗煤自燃的直接原因。在停风和无其他驱动力下,瓦斯运移依靠采空区内的瓦斯涌出源项驱赶空气向压力边界上流动,形成渗流场,强度由瓦斯涌出源项强度而定,通常比较微弱,瓦斯涌出也十分缓慢,故本文不考虑在此驱动力情况下的瓦斯运移规律。本文主要研究没有瓦斯抽采（以U型通风为例）、仅有瓦斯尾巷排放即U+L型通风系统、高位钻孔组和瓦斯尾巷同时抽排所形成的三种风流场下的采空区漏风规律以及漏风作用下的瓦斯运移规律。本文首先分析了覆岩层结构,瓦斯涌出源和影响瓦斯涌出因素等瓦斯运移的外部环境,通过多孔介质基础理论系统总结了采空区瓦斯运移特征和采空区瓦斯流动基本规律。又以相似理论为基础探讨了建立相似模拟试验模型所要遵循的相似定理,相似条件和相似准则。本文用瓦斯流动理论和相似理论作为基础,以沙曲矿14025工作面实际尺寸为原型建... 

【文章页数】：101 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 采空区风流渗流力学研究现状
        1.2.2 采空区瓦斯运移理论研究现状
        1.2.3 采空区相似模拟试验研究的发展
    1.3 论文主要研究内容、方法及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 论文研究技术路线
第二章 采空区漏风及瓦斯运移理论研究
    2.1 采空区煤岩体结构及碎胀特性
        2.1.1 采空区覆岩基本结构及特征
        2.1.2 自然堆积区岩体碎胀特性
        2.1.3 载荷影响区岩体碎胀特性
        2.1.4 压实稳定区岩体碎胀特性
    2.2 瓦斯涌出来源分析及影响瓦斯涌出因素
        2.2.1 采空区瓦斯涌出来源分析
        2.2.2 影响采空区瓦斯涌出因素
    2.3 多孔介质基础理论
        2.3.1 多孔介质的概念及特征
        2.3.2 多孔介质主要参数
        2.3.3 流体在多孔介质中的运动
    2.4 采空区瓦斯运移特征
        2.4.1 采空区瓦斯的升浮
        2.4.2 采空区瓦斯的扩散
        2.4.3 空气流动对瓦斯的对流运移
        2.4.4 采空区瓦斯的运移与积聚
    2.5 采空区瓦斯流动状态与流动基本方程
        2.5.1 采场瓦斯流动状态
        2.5.2 采空区瓦斯流动基本方程
    2.6 本章小结
第三章 相似模拟试验理论基础
    3.1 相似理论
        3.1.1 相似理论的概念
        3.1.2 相似定理
        3.1.3 相似条件
        3.1.4 量纲分析
        3.1.5 流体力学常用相似准则
    3.2 相似模拟试验
        3.2.1 相似模拟试验研究概念
        3.2.2 相似模拟试验的应用与意义
    3.3 本章小结
第四章 采空区漏风规律和瓦斯运移规律相似模拟试验研究
    4.1 综采面采空区相似模拟试验驱动力分析
        4.1.1 采空区驱动力分析
        4.1.2 三种驱动力下通风系统及抽采方式特征
    4.2 相似理论在相似材料模拟试验的应用
        4.2.1 14205工作面简介
        4.2.2 巷道相似
        4.2.3 采场相似
    4.3 相似模拟试验设计及构成
        4.3.1 试验目的及任务
        4.3.2 试验模型的主体部分设计
        4.3.3 试验模型的通风系统设计
        4.3.4 试验模型采空区相似材料的确定与充填
        4.3.5 试验模型的瓦斯释放系统设计
        4.3.6 试验模型的采集与测试系统
    4.4 试验方法和参数测定
    4.5 相似模拟试验结果
        4.5.1 无瓦斯抽放单一驱动力(U型通风系统)相似试验结果
        4.5.2 尾巷瓦斯抽排多种驱动力即U+L通风系统(两进一回)相似试验结果
        4.5.3 尾巷瓦斯抽排和高位钻孔组多种驱动力相似实验结果
    4.6 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 本文主要结论
    5.2 不足与展望
参考文献
附录
致谢
攻读学位期间所发表学术论文及科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]不规则介质采场气体渗流问题的模糊数值解研究[J]. 郭嗣琮.  科学技术与工程. 2004(02)
[3]综放开采采空区瓦斯运移规律的模拟试验研究[J]. 秦跃平,朱建芳,陈永权,谭昆.  煤炭科学技术. 2003(11)
[4]采场模糊渗流定解问题的可表示性[J]. 郭嗣琮.  辽宁工程技术大学学报. 2003(01)
[5]采空区遗煤自燃带确定及风流场数值模拟[J]. 崔凯,张东海,杨胜强.  山东科技大学学报(自然科学版). 2002(04)
[6]非均匀孔隙介质工作面气体稳定渗流的模糊解研究[J]. 陈长华,郭嗣琮.  煤炭学报. 2002(05)
[7]采空区紊流漏风相关系数的研究[J]. 邢玉忠,郭勇义,吴世跃.  煤炭学报. 2001(05)
[8]邻近层卸压瓦斯越流规律的研究[J]. 梁运培.  矿业安全与环保. 2000(01)
[9]采空区三维非稳定流场的数学模型及热力风压的计算[J]. 杜礼明,杨运良.  焦作工学院学报. 1999(03)
[10]上保护层保护范围的固气耦合分析[J]. 孙培德,鲜学福.  煤. 1999(01)

博士论文
[1]煤层变形与瓦斯运移耦合系统动力学研究[D]. 孔海陵.中国矿业大学 2009

硕士论文
[1]综采面采空区瓦斯浓度分布及运移规律试验研究[D]. 张运增.太原理工大学 2011
[2]综采面“U+L”两进一回通风系统采场瓦斯运移规律模拟研究[D]. 芦倩.太原理工大学 2010
[3]“一进两回”工作面通风系统瓦斯运移规律研究[D]. 李霞.太原理工大学 2010
[4]采空区发火位置数值模拟及相似材料模拟研究[D]. 王真.辽宁工程技术大学 2009
[5]综放工作面采空区风流场分析研究[D]. 胡英俊.山东科技大学 2008



本文编号：3651697