防止综放工作面上隅角瓦斯超限关键技术研究

发布时间：2017-05-21 13:24

  本文关键词：防止综放工作面上隅角瓦斯超限关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：综合机械化放顶煤开采方式由于开采强度大形成大面积的采空区，，冒落的煤岩较多，使得冒落的煤岩涌出的瓦斯大量进入到工作面,导致上隅角瓦斯超限时有发生，严重制约着煤矿安全高效生产。实验研究表明，对综放采空区上覆岩层内的瓦斯流动及运移规律的研究是合理的治理上隅角瓦斯超限的理论基础。因此，结合矿井的实际情况并用FLUENT计算流体软件进行模拟，同时对比U型、U+L型、Y型不同的通风系统在治理上隅角瓦斯超限的优劣性。 由于矿井在生产过程中工作面瓦斯含量较大，瓦斯涌出源复杂，根据瓦斯来源制定治理方案。针对保德矿的实际情况，工作面采落煤的瓦斯涌出量为8m3/min，采空区向工作面瓦斯涌出量为30m3/min，占到瓦斯涌出总量的76%左右，比例较大，对采空区瓦斯流动及运移规律的研究势在必行。传统的U型通风风流在流经工作面下隅角处大部分风流流入工作面，一小部分风流由于漏风流入采空区，在工作面上隅角处风流较小，在工作面整个回风回路中，上隅角处形成涡流，这样就使上隅角成为瓦斯聚集的主要区域。基于U型通风系统在开采过程中存在的问题提出了U+L和Y型通风系统。论文中重点概括了目前常用的治理上隅角瓦斯的方法，对上隅角埋管、瓦斯尾巷、高抽巷治理上隅角瓦斯做了详细的介绍说明，根据因地制宜的实际情况，优先考虑了通过改变通风方式来治理上隅角瓦斯超限。论文中对采空区的“横三区”和“竖三带”进行了划分，总结了采空区瓦斯运移规律，为采空区瓦斯涌向工作面机理研究提供的理论基础。 论文中运用的FLUENT软件结合保德矿现场实测数据，模拟比较了工作面在不同通风方式下的漏风情况及采空区瓦斯分布规律，分析U+L型和Y型通风系统在治理上隅角瓦斯问题上的优缺点。将模拟结果和实测数据进行比较，说明了软件模拟在解决实际工程问题上的合理性，将数值模拟运用在条件相似的矿井并进行推广，具有很高的应用价值。
【关键词】：采空区 上隅角 U+L型 Y型 数值模拟
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题的提出9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 上隅角瓦斯治理现状10-11
• 1.2.2 国外瓦斯抽放11-12
• 1.2.3 我国瓦斯抽放的研究现状12
• 1.3 研究的内容和方法12-14
• 1.3.1 研究内容12-13
• 1.3.2 研究的主要方法和技术路线13-14
• 2 综放工作面瓦斯来源及治理方法14-22
• 2.1 采空区瓦斯来源14-15
• 2.2 采空区瓦斯治理方法15-22
• 2.2.1 瓦斯抽放方法15-19
• 2.2.2 不同的通风系统19-22
• 3 综放面采空区上覆岩层破坏规律22-28
• 3.1 综放采空区岩体垮落特征22
• 3.2 采场受采动影响的时间-空间关系22-23
• 3.3 竖三带划分23-24
• 3.3.1 垮落带23-24
• 3.3.2 裂隙带24
• 3.3.3 弯曲下沉带24
• 3.4 横三区划分24-28
• 3.4.1 横三区划分特征24-26
• 3.4.2 竖三带划分特征26-28
• 4 采空区瓦斯运移规律研究28-41
• 4.1 多孔介质及其渗流特点28-30
• 4.1.1 多孔介质的提出28
• 4.1.2 多孔介质的基本参数28-30
• 4.1.3 渗流和渗流速度30
• 4.2 采空区内主要气体成分30-31
• 4.3 瓦斯运移规律31-35
• 4.3.1 瓦斯扩散运动规律32-34
• 4.3.2 瓦斯升浮现象34
• 4.3.3 瓦斯积聚34-35
• 4.4 采空区气体流动模型35-41
• 4.4.1 连续性方程35-37
• 4.4.2 动量守恒方程37-39
• 4.4.3 组分守恒方程39
• 4.4.4 状态方程39-41
• 5 上隅角瓦斯分布数值模拟及超限治理研究41-60
• 5.1 CFD 模拟原理41-42
• 5.1.1 数值模拟41
• 5.1.2 CFD 模拟41-42
• 5.2 FLUENT 软件概述42-44
• 5.2.1 FLUENT 计算步骤42-43
• 5.2.2 FLUENT 求解能力43
• 5.2.3 FLUENT 求解过程43-44
• 5.2.4 FLUENT 软件在本文数值模拟的应用44
• 5.3 采空区气体渗流场数值模拟44-60
• 5.3.1 矿井概况44-45
• 5.3.2 物理模型的建立和边界条件、参数的设定45-47
• 5.3.3 离散方程组和解算方法47
• 5.3.4 气体流场规律47-49
• 5.3.5 瓦斯浓度分布规律49-51
• 5.3.6 三种通风方式瓦斯浓度比较51-60
• 6 主要结论和展望60-61
• 6.1 论文的主要结论60
• 6.2 论文的主要展望60-61
• 参考文献61-65
• 在读研期间研究成果65-66
• 致谢66

【参考文献】

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