矿井瓦斯抽采系统与抽采对象的匹配特性分析

发布时间：2017-07-13 17:00

  本文关键词：矿井瓦斯抽采系统与抽采对象的匹配特性分析

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【摘要】：瓦斯抽采是矿井治理本煤层瓦斯涌出、工作面瓦斯超限事故的最有效手段之一。然而,我国的矿井瓦斯抽采率很低,远低于美国、澳大利亚等主要采煤国家的煤层瓦斯抽采率。造成这种现象的主要原因是我国大部分矿井瓦斯抽采系统智能化程度低、无法进行合理的效率优化调控。因此,建立瓦斯抽采效率优化调控机制,构建智能化、稳定可靠的瓦斯抽采系统是实现煤矿瓦斯高效率、低能耗抽采的关键技术,也将促进煤炭的安全高效开采,满足国家中长期能源战略发展的要求。本文设计了智能抽采系统的框架。该框架包含两个实现过程:其一,抽采能力与抽采对象的静态匹配性分析;其二,基于物理仿真的动态调控机制。基于智能抽采系统框架,建立了匹配性分析体系并评价了抽采对象的可抽采性与瓦斯抽采综合能力,研发了“瓦斯抽采综合能力及匹配性分析系统V1.0”,并对平顶山一矿、八矿、十矿进行实例分析。而后,将智能抽采系统划分成了7个逻辑层次。第一阶段的4个层次来实现设备的物联网,第二阶段的3个层次实现基于物理仿真的优化调控。针对物联网抽采阀门进行了概念设计并且详细地介绍了其工作原理与包含的关键组件,并在Arduino芯片上进行嵌入式物联网设备程序的开发,最终实现了物联网抽采阀门。为物联网抽采阀门开发的功能包括:抽采管道环境参数监测与抽采安全事故的应急控制。此外,建立了低真空管流系统物理模型来研究利用阀门对抽采系统进行效率优化调节。并根据丁集煤矿泵站的实际监测数据作为模型边界条件,使得模型更接近真实情况,最终得到了抽采区域阀门独立调节优化相关结论。研发了“采空区瓦斯流场模拟软件V1.0”,软件采用COMSOL with MATLAB与MATLAB GUI技术研发。煤矿技术人员可以对不同通风、开采及抽采条件下采空区瓦斯运移及分布规律进行仿真,从而优化工作面通风量、推进速度、瓦斯抽采量等参数,最终实现对采空区瓦斯的高效综合治理。软件包含了采空区渗透率演化、采空区气体非达西流动、瓦斯对流扩散等多种物理过程的多场耦合数学模型。在实例演示中对采空区碎胀系数、瓦斯浓度、渗透率的分布进行模拟,并分别反映了压实区的渗透率低、上隅角瓦斯浓度高等现象,验证了仿真程序的科学性与准确性。
【关键词】：智能抽采系统框架 层次分析法 模糊综合评价 物联网抽采阀门 仿真软件
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-18
• 变量注释表18-19
• 1 绪论19-24
• 1.1 研究背景19-21
• 1.2 国内外研究现状21-22
• 1.3 研究内容及技术路线22-24
• 2 智能抽采系统框架设计24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 抽采能力与抽采对象静态匹配性24-28
• 2.3 基于物理仿真的动态调控机制28-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 抽采系统综合能力与抽采对象匹配性研究33-52
• 3.1 引言33
• 3.2 匹配性分析体系的建立33-42
• 3.3 软件开发与实例分析42-51
• 3.4 本章小结51-52
• 4 基于物联网的物联网阀门研究52-66
• 4.1 引言52
• 4.2 物联网阀门的设计及运行原理52-58
• 4.3 物联网阀门的调控机理研究58-64
• 4.4 本章小结64-66
• 5 瓦斯抽采系统物理模型仿真层研究66-85
• 5.1 引言66
• 5.2 采空区瓦斯流场仿真软件研究66-84
• 5.3 本章小结84-85
• 6 结论及展望85-87
• 6.1 主要结论85-86
• 6.2 主要创新点86
• 6.3 研究展望86-87
• 参考文献87-90
• 附录一90-92
• 作者简历92-94
• 学位论文数据集94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 祝钊;贾振元;冯智鹏;白雪;吴北平;;瓦斯抽采管路智能放水系统研究[J];煤矿安全;2013年01期

2 张天军;许鸿杰;李树刚;任树鑫;;温度对煤吸附性能的影响[J];煤炭学报;2009年06期

3 虞晓芬,傅玳;多指标综合评价方法综述[J];统计与决策;2004年11期

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本文编号：537648