回采工作面瓦斯积聚与运移动力学过程研究

发布时间：2017-10-02 09:14

  本文关键词：回采工作面瓦斯积聚与运移动力学过程研究

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【摘要】：我国煤炭生产是能源的基础,而我国煤矿事故时有发生,其中瓦斯引发事故占煤矿发生事故的一半,且事故发生后果严重,给煤炭安全生产带来了很大的隐患。工作面由于瓦斯涌出源较多,是瓦斯事故发生的集中区域。研究发现瓦斯事故与回采工作面内瓦斯积聚与运移规律有密切关系,因此,研究瓦斯积聚与运移规律能很好的指导煤矿现场实际,对回采工作面内瓦斯易于积聚区域进行监测与监控,对控制回采工作面内瓦斯浓度提供理论依据。本文以回采工作面瓦斯运移过程为研究对象,以国内外学者的相关研究成果为基础,采用理论分析、现场数据实测和FLUENT数值模拟三者相结合的科学方法与技术手段,对回采工作面瓦斯积聚与运移动力学过程进行了研究,得出了以下结论:1、通过建立瓦斯单元体在煤巷瓦斯升浮运动的数学模型,分析在风流作用下中心位置与顶板附近瓦斯单元体升浮的特性,获取各瓦斯单元体的运动过程:中心位置瓦斯单元体先做加速向上向前运动,随着阻力的增加,做减速运动,其中瓦斯单元体上升的高度与风流的初始速度有很大的关系;顶板附近单元体在水平与竖直方向上都保持力平衡,因此保持静止不动。2、根据单元测定法划分现场区域,现场测定某矿采空区、工作面中间、煤壁上的瓦斯浓度,分析现场实测数据,得出某矿回采工作面瓦斯涌出规律:沿工作面倾斜方向,回采工作面内瓦斯浓度分布从进风侧到回风侧瓦斯浓度逐渐增大;垂直煤壁方向:①在回采工作面上部,瓦斯浓度变化为由大到小、再增大,呈“马鞍”形;②在回采工作面中部,瓦斯浓度变化曲线为先快速下降后缓慢上升,且瓦斯浓度没有煤壁瓦斯浓度高;③在回采工作面下半部,瓦斯浓度一直下降。3、以某矿工作面为基础,利用Gambit软件建立回采工作面三维物理模型,设立瓦斯运移适当的条件,确定边界条件,数值模拟回采工作面风流在雷诺数不同时、瓦斯涌出速度不同和工作面倾角不同三个不同条件下,得出模拟结果,得出:①随着Re的增大:回采工作面内平均风速随之增大,瓦斯浓度相应减小;对上隅角瓦斯的影响越大,上隅角瓦斯积聚层两直角边的长度越小。②瓦斯涌出量增大时,瓦斯浓度等值线的形状相似,同一平面上瓦斯浓度在相对应的位置相应的增大。③倾角增大时,底部瓦斯浓度越低,高处瓦斯浓度越高。
【关键词】：回采工作面 煤巷瓦斯升浮运动 雷诺数 瓦斯涌出速度 工作面倾角
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 课题研究背景与意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-20
• 1.2.1 国外研究现状14-15
• 1.2.2 国内研究现状15-20
• 1.3 本文研究内容20-21
• 1.4 本文研究方法与技术路线21-24
• 1.4.1 研究方法21-22
• 1.4.2 研究技术路线22-24
• 第二章 瓦斯升浮与积聚特性理论分析24-46
• 2.1 引言24
• 2.2 巷道瓦斯升浮特性24-34
• 2.2.1 瓦斯升浮现象24-25
• 2.2.2 瓦斯升浮的力学分析25-31
• 2.2.3 回采工作面内瓦斯力学分析31-34
• 2.3 瓦斯积聚特性34-38
• 2.3.1 回采工作面瓦斯积聚特性34-37
• 2.3.2 上隅角瓦斯积聚特性37-38
• 2.4 瓦斯运移特性38-45
• 2.4.1 瓦斯的扩散运移38-41
• 2.4.2 瓦斯的对流运移41-42
• 2.4.3 瓦斯的湍流运移42-44
• 2.4.4 瓦斯的驱替运移44-45
• 2.5 本章小结45-46
• 第三章 回采工作面瓦斯涌出现场测定及其分析46-52
• 3.1 引言46
• 3.2 单元测定回采工作面瓦斯涌出的原理及步骤46-47
• 3.2.1 单元法测定回采工作面瓦斯涌出的原理46
• 3.2.2 单元法测定回采工作面瓦斯涌出的步骤46-47
• 3.3 现场实测及数据分析47-49
• 3.4 回采工作面瓦斯涌出规律分析49-51
• 3.4.1 回采工作面沿走向方向上瓦斯浓度分布规律49-50
• 3.4.2 回采工作面沿垂直煤壁方向上瓦斯浓度分布规律50-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 回采工作面瓦斯运移数值模拟模型的建立52-64
• 4.1 引言52
• 4.2 数值模拟方法及软件52-57
• 4.2.1 CFD数 值模拟方法简介52-53
• 4.2.2 Fluent简 介53-57
• 4.3 回采工作面计算模型的建立57-59
• 4.3.1 回采工作面的物理模型57-58
• 4.3.2 回采工作面网格划分58-59
• 4.4 回采工作面内气体流动数学模型59-61
• 4.4.1 前提假设条件59-60
• 4.4.2 控制方程60-61
• 4.5 回采工作面模拟条件的确定61-62
• 4.5.1 离散格式的确定61
• 4.5.2 边界条件的确定61-62
• 4.5.3 初始条件的确定62
• 4.6 本章小结62-64
• 第五章 回采工作面瓦斯浓度分布模拟结果分析64-90
• 5.1 引言64
• 5.2 雷诺数不同时对回采工作面中瓦斯分布的影响64-75
• 5.2.1 模拟条件65
• 5.2.2 雷诺数不同的数值模拟65-75
• 5.3 瓦斯涌出量不同时对回采工作面中瓦斯分布的影响75-81
• 5.3.1 模拟条件75
• 5.3.2 瓦斯涌出量不同的数值模拟75-81
• 5.4 回采工作面倾角不同时对瓦斯分布的影响81-87
• 5.4.1 模拟条件81-82
• 5.4.2 回采工作面倾角不同的数值模拟82-87
• 5.5 本章小结87-90
• 第六章 结论与展望90-94
• 6.1 研究结论与创新点90-92
• 6.1.1 研究 结论90-91
• 6.1.2 本文 创新 点91-92
• 6.2 展望92-94
• 参考文献94-98
• 致谢98-100
• 附录:攻读硕士学位期间论文发表情况及参与项目100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 梁栋,周西华;回采工作面瓦斯运移规律的数值模拟[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);1999年04期

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本文编号：958766