采空区瓦斯运移规律实验与数值模拟研究

发布时间：2017-07-14 08:28

  本文关键词：采空区瓦斯运移规律实验与数值模拟研究

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【摘要】：矿井瓦斯是威胁煤矿安全生产的主要因素之一，瓦斯事故造成的人员与经济损失最为严重，瓦斯灾害防治一直是煤矿安全工作的重点。为防治瓦斯事故的发生，探究采空区内瓦斯浓度分布情况和运移规律是十分必要的。本文以物理相似模拟实验理论和方法为基础，在原有的三维气体运移实验台骨架上，根据采空区垮落特征搭建了以实验台箱体为主体框架，包括蠕动泵可控流量通风系统、瓦斯气体注入系统、温度控制系统及气体浓度测试系统等在内的采空区瓦斯运移实验台。通过对某煤矿采空区进行相似模拟实验，得到了变化通风量以及高温和封闭情况等不同实验条件下采空区内瓦斯浓度分布情况，并对其进行了详细分析，从而得到了采空区瓦斯运移规律。 采用FLUENT模拟软件以采空区瓦斯运移规律实验台为原型进行数值模拟，模拟结果得到的采空区瓦斯运移规律与实验结果有着相同的趋势。通过相似实验和数值模拟可知，当采空区通风量一定时，沿走向上随着采空区的深入瓦斯浓度不断增大，沿倾向上从进风侧到回风侧瓦斯浓度逐渐增大，在高度上受瓦斯升浮作用采空区上部瓦斯浓度高于采空区底部瓦斯浓度。改变通风量会影响采空区内瓦斯浓度分布，适当的增大通风量可有效降低浅部采空区的瓦斯浓度，且将漏风流向采空区深部延伸，使高浓度瓦斯整体向采空区深部推移，并且增大通风量会增大进回风两侧的浓度差，也使采空区上部的瓦斯浓度分布受到影响。当采空区出现高温源后，由于温度升高，，采空区底部瓦斯受热加剧升浮作用，使得瓦斯向采空区上部积聚，采空区内瓦斯浓度分布更加不均匀。当对采空区进行封闭措施后，浅部采空区瓦斯浓度上升较快，在各个方向上的浓度梯度逐渐消失，整个采空区瓦斯浓度不断上升并最终趋于平衡。
【关键词】：采空区 瓦斯运移 相似模拟 数值模拟
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-5
• 目录5-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 选题背景及研究意义7
• 1.2 国内外研究现状7-10
• 1.2.1 瓦斯运移理论的国内外研究现状7-8
• 1.2.2 采空区相似模拟实验研究现状8-9
• 1.2.3 采空区数值模拟研究现状9-10
• 1.3 本文的研究目标、主要内容和技术路线10-12
• 1.3.1 本文研究目标10
• 1.3.2 主要研究内容10-11
• 1.3.3 技术路线11-12
• 2 采空区瓦斯运移理论及相似理论12-22
• 2.1 采空区瓦斯运移理论12-15
• 2.1.1 多孔介质的特性12-13
• 2.1.2 采空区瓦斯升浮理论13-14
• 2.1.3 采空区瓦斯扩散理论14
• 2.1.4 采空区瓦斯聚集理论14
• 2.1.5 采空区瓦斯的数学模型14-15
• 2.2 采空区岩体垮落特征15-18
• 2.2.1 “竖三带”简述16-18
• 2.2.2 “横三区”简述18
• 2.3 相似模拟理论18-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 采空区瓦斯运移规律实验研究22-41
• 3.1 实验台功能介绍22
• 3.2 实验台的构造22-26
• 3.3 实验台相似性分析26-28
• 3.4 实验台的搭建28-33
• 3.4.1 材料的选择和准备28-29
• 3.4.2 实验台搭建过程29-33
• 3.5 实验过程33-34
• 3.6 采空区瓦斯运移规律实验结果与分析34-40
• 3.6.1 采空区瓦斯运移规律实验结果34-36
• 3.6.2 通风量对采空区瓦斯运移的影响36-38
• 3.6.3 高温对采空区瓦斯运移的影响38-39
• 3.6.4 封闭对采空区瓦斯运移的影响39-40
• 3.7 本章小结40-41
• 4 采空区瓦斯运移规律数值模拟41-57
• 4.1 FLUENT 软件介绍41
• 4.2 数值建模的初始条件41-43
• 4.2.1 模型的建立41-42
• 4.2.2 参数及边界条件的设定42-43
• 4.3 采空区瓦斯运移规律数值模拟结果43-56
• 4.3.1 采空区瓦斯运移规律模拟结果43-46
• 4.3.2 通风量对采空区瓦斯运移影响的模拟结果46-49
• 4.3.3 高温对采空区瓦斯运移影响的模拟结果49-53
• 4.3.4 封闭对采空区瓦斯运移影响的模拟结果53-56
• 4.4 本章小结56-57
• 5 结论与展望57-58
• 5.1 主要结论57
• 5.2 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-64
• 附录64

【参考文献】

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本文编号：540398