正行矿注氮条件下抽采对采空区氧化“三带”宽度影响研究

发布时间：2017-09-11 12:37

  本文关键词：正行矿注氮条件下抽采对采空区氧化“三带”宽度影响研究

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【摘要】：汾西正行矿1502综放工作面遗煤量多,属于易自燃煤层且含磷、硫量较高。由于1502工作面的瓦斯涌出量比较大,根据自身的实际情况采用高抽巷负压抽放保证工作面安全生产和防治上隅角瓦斯超限,由于抽放的同时引起采空区负压的增大,负压引流作用使采空区漏风增加,极大地提高了采空区遗煤自燃的风险。所以在抽放的同时进行采空区埋管注氮来控制采空区氧化带的宽度。针对汾西正行煤矿1502综放工作面开采具有高瓦斯易自燃的特点,本文首先从采空区瓦斯运移理论和渗流规律进行分析得出综放工作面的瓦斯涌出主要来源于采空区的高浓度瓦斯。对工作面后方采空区上覆岩层垮落特点及各区带的碎胀性和多孔介质孔隙性进行分析。现场进行测试,并对测试的数据进行分析,拟合出采空区两侧氧气浓度、瓦斯浓度随工作面距离变化的方程,确定采空区的各个基本参数。为建立综放面采空区的三维数值模型提供了可靠的数据,通过FLUENT模拟了注氮的同时使用高抽巷抽采情况下采空区瓦斯浓度场、漏风场、氧气浓度场。由于模拟的结果与现场实测的结果较为接近,能够反应实际情况,将结果进行总结分析后得出采空区的极限推进速度。然后在注氮条件下通过改变高抽巷抽放负压,对采空区的漏风流场、瓦斯浓度场及采空区氧气体积分数进行了模拟后分析研究。观察高抽巷不同抽采负压与回风巷上隅角瓦斯浓度大小之间的关系,并建立这种关系的拟合方程,计算出回风巷上隅角瓦斯浓度不超限时的最低抽采负压。根据模拟的注氮条件下不同负压抽采时漏风场和氧浓度场等值线图绘制出采空区自燃“三带”的划分图。得到了不同抽采负压与自燃带宽度之间的关系,并将这种线性关系拟合成方程,从而确定了高抽巷抽采负压的最佳范围即可以预防上隅角瓦斯超限,又防止了采空区遗煤自燃事故的发生。 通过FLUENT模拟技术,直观的得出了采空区气体分布规律,确定了三带的宽度,划分出了采空区危险性区域,最终对注氮效果、抽放负压进行了评价,及时反馈、调整各参数,完善了采空区在注氮条件下高抽巷抽采防灭火系统。
【关键词】：采空区 瓦斯渗流 数值模拟 瓦斯抽采 注氮
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-24
• 1.1 选题背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究的现状15-21
• 1.2.1 采空区瓦斯抽放技术15-17
• 1.2.2 采空区自燃治理技术17-20
• 1.2.3 采空区遗煤自燃与漏风规律研究现状20-21
• 1.3 论文主要的研究内容21-22
• 1.4 论文的研究方法和基本路线22-24
• 2 采空区瓦斯涌出及运移特点24-30
• 2.1 采空区瓦斯涌出分析24-25
• 2.1.1 采空区瓦斯来源24
• 2.1.2 采空区漏风24-25
• 2.2 采空区瓦斯运移特征25-26
• 2.2.1 采空区瓦斯的升浮25
• 2.2.2 采空区瓦斯的扩散25-26
• 2.2.3 采空区瓦斯的聚集26
• 2.3 采空区“横三带”和“竖三带”的分布26-28
• 2.3.1 冒落带高度和裂隙带高度27
• 2.3.2 “横三带”范围和冒落带碎胀系数的确定27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 3 采空区自燃三带的影响因素分析30-52
• 3.1 采空区遗煤自燃的热量积聚和影响因素分析30-35
• 3.1.1 采空区遗煤的厚度31-33
• 3.1.2 采空区氧浓度33
• 3.1.3 采空区漏风强度33-34
• 3.1.4 工作面推进速度34-35
• 3.1.5 采空区遗煤最小自燃发火期35
• 3.2 综放工作面抽采对采空区“三带”的影响35-38
• 3.2.1 抽放条件下采空区遗煤自燃发火特点36-37
• 3.2.2 抽放方式的影响37
• 3.2.3 抽放流量的影响37-38
• 3.3 采空区“三带”划分指标与现场实测38-50
• 3.3.1 采空区“三带”划分指标38-39
• 3.3.2 测温系统在1502工作面现场测试39-41
• 3.3.3 设备安装41-43
• 3.3.4 实测的结果与分析43-50
• 3.4 本章小结50-52
• 4 采空区物理模型及数学模型的建立52-64
• 4.1 综放采空区抽放条件下的物理模型建立52-53
• 4.1.1 工作面概况52
• 4.1.2 采空区物理模型52-53
• 4.2 综放采空区抽放条件下的数学模型建立53-62
• 4.2.1 多孔介质渗流理论53-56
• 4.2.2 采空区渗流控制方程56-59
• 4.2.3 采空区氧浓度场和瓦斯浓度场数学模型59-60
• 4.2.4 定解条件和边界条件60-62
• 4.3 本章小结62-64
• 5 综放面采空区瓦斯抽放效果数值模拟研究64-80
• 5.1 ANSYS FLUENT软件的介绍64-66
• 5.1.1 ANSYS FLUENT软件的应用64-65
• 5.1.2 ANSYS FLUENT软件的建模及网格划分65
• 5.1.3 ANSYS FLUENT程序求解步歘65-66
• 5.1.4 ANSYS FLUENT求解方法66
• 5.1.5 ANSYS FLUENT软件的自定义函数(UDF)66
• 5.2 采场的相关假设66-67
• 5.3 三维建模及网格划分67-68
• 5.4 UDF函数68-69
• 5.5 数值模拟结果及分析69-78
• 5.5.1 注氮条件下采空区高抽巷抽放时的数值模拟结果及分析69-72
• 5.5.2 高抽巷不同负压抽放时的数值模拟结果及分析72-77
• 5.5.3 高抽巷安全抽放负压范围和采空区极限推进速度的确定77-78
• 5.6 本章小结78-80
• 6 结论80-82
• 6.1 主要结论80
• 6.2 工作展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 作者简介及读研期间主要科研成果88

【参考文献】

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本文编号：830778