大黄山矿采空区自燃“三带”数值模拟及注氮防治研究

发布时间：2017-06-02 06:18

  本文关键词：大黄山矿采空区自燃“三带”数值模拟及注氮防治研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：长久以来,矿井火灾都是煤矿安全生产工作中所面临的重要问题,尤其是在厚煤层的开采过程中显得极为重要。厚煤层开采过程的主要采煤工艺是综采加放顶煤,相对于其它采煤工艺,这种采煤工艺的特点是工作面产量大,采空区的遗煤和残煤比较多,堆积较厚。这就为采空区煤体的蓄热提供了良好的物质条件,再加上采空区漏风等因素的影响,采空区煤层发生自然发火的可能性就大大增加。所以,对采空区自燃“三带”的研究对矿井火灾的防治具有非常重要的意义。 本文以新疆豫新煤业大黄山矿+735工作面的实际条件为基础,对+735工作面采空区的自燃“三带”范围和注氮防火技术进行了研究,本文研究的主要内容如下： 首先,本文介绍了工作面采空区的环境特点,研究了采空区的上覆顶板特性和采空区煤岩的碎胀性和渗透性等特点,并对采空区煤炭自燃理论和采空区自燃“三带”的划分条件进行了介绍。 其次,根据非均质渗流连续性方程、多组分气体混溶扩散方程和多孔介质的理论,结合+735工作面的实际条件,建立采空区的物理和数学模型。 然后,根据采空区内的氧气浓度指标和漏风风速指标,利用FLUENT数值模拟软件对+735工作面采空区自燃“三带”的范围进行了划分,并对采空区的自燃“三带”特点进行了研究和分析。为了验证数值模拟的效果,将工作面现场束管监测系统采集得到的数据与数值模拟的结果做了对比分析,得出数值模拟结果和实测结果是一致的。 最后,对+735工作面的注氮工艺进行了设计,分析了注氮后采空区内气体浓度的变化规律,利用FLUENT软件对注氮后采空区自燃“三带”的范围进行了模拟。通过对注氮前后采空区自燃“三带”的变化规律进行对比分析,证明该工作面采用注氮法能够降低采空区氧气的浓度,减少氧化升温带的宽度,从而有效的防止采空区煤炭自燃。 通过对大黄山煤矿+735工作面采空区自燃“三带”变化规律的研究,能够为+735工作面采空区火灾的预防提供一定的理论支持,从而保证该矿采煤工作安全高效的进行。
【关键词】：采空区 自燃“三带” 数值模拟 注氮
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD752.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 选题的背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状总结12-16
• 1.2.1 采空区自燃“三带”划分理论研究现状12-13
• 1.2.2 采空区自燃“三带”数值模拟研究现状13-14
• 1.2.3 采空区漏风规律和渗流规律研究现状14-15
• 1.2.4 采空区注氮防治遗煤自燃研究现状15-16
• 1.3 论文研究的主要内容16-17
• 1.4 论文研究的技术路线17-19
• 第二章 采空区的环境特点及自燃“三带”划分理论与分析19-37
• 2.1 采空区煤炭自燃理论19-23
• 2.1.1 煤炭自燃机理及条件19
• 2.1.2 煤炭自燃的影响因素19-23
• 2.2 采空区的环境特征23-30
• 2.2.1 采空区顶板“三带”介绍23-25
• 2.2.2 采空区煤岩体碎胀性分析25-27
• 2.2.3 采空区渗透性分析27-30
• 2.3 采空区自燃“三带”划分理论与分析30-35
• 2.3.1 采空区浮煤自燃极限条件30-33
• 2.3.2 采空区自燃“三带”划分条件33-34
• 2.3.3 采空区自燃“三带”划分指标34-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第三章 采空区物理及数学控制模型的建立37-49
• 3.1 采空区物理模型的建立37
• 3.2 采空区控制微分方程及其意义37-42
• 3.2.1 控制微分方程的理论意义37-39
• 3.2.2 采空区内部控制微分方程的建立39-42
• 3.3 采空区气体流动数学模型的建立42-47
• 3.3.1 渗流方程43-44
• 3.3.2 采空区气体流动方程44-46
• 3.3.3 采空区内气体流动控制微分方程的定解条件46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 采空区自燃“三带”划分的数值模拟研究49-73
• 4.1 矿井及工作面概况49-52
• 4.1.1 豫新煤业大黄山矿基本情况49-51
• 4.1.2 +735综放面概况51-52
• 4.2 FLUENT软件简介52-54
• 4.2.1 FLUENT软件介绍52-53
• 4.2.2 FLUENT的功能模块和使用流程53-54
• 4.3 采空区自燃“三带”数值模拟54-61
• 4.3.1 几何模型的建立54-57
• 4.3.2 模拟参数的设定57-58
• 4.3.3 模拟结果及分析58-61
• 4.4 现场数据实测61-72
• 4.4.1 工作面现场实测方法61-62
• 4.4.2 现场监测数据处理和分析62-71
• 4.4.3 实测结果和模拟结果对比分析71
• 4.4.4 工作面最小安全推进速度71-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第五章 +735工作面注氮技术设计和“三带”变化规律73-83
• 5.1 采空区注氮防灭火原理73-74
• 5.2 采空区注氮防灭火方案设计74-78
• 5.2.1 注氮线路及管路参数74
• 5.2.2 注氮流量计算74-76
• 5.2.3 制氮设备76-77
• 5.2.4 注氮位置77-78
• 5.2.5 注氮工艺要求78
• 5.3 连续注氮条件下采空区内气体变化分析78-80
• 5.3.1 采空区N_2浓度变化分析78-79
• 5.3.2 采空区O_2浓度变化分析79-80
• 5.4 连续注氮条件下的自燃“三带”数值模拟及对比分析80-81
• 5.5 注氮防灭火效果评价81-82
• 5.6 本章小结82-83
• 第六章 结论与展望83-85
• 6.1 主要结论83-84
• 6.2 不足与展望84-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 攻读学位期间发表的学术论文91

【参考文献】

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本文编号：414455