采空区漏风携热对高温采煤工作面热环境的影响
发布时间：2021-11-18 10:00
采煤工作面热害是深部矿井普遍存在的问题,严重威胁到作业人员的健康和安全。为解决工作面热害问题,在采取工程降温前,首先要确定采煤工作面热源,为热害治理提供合理的降温依据。在考虑采煤工作面众多热源时,采空区漏风散热是不可忽视的重要热源。采空区漏风会将采空区高温热带入采煤工作面,加剧工作面热害。一方面,采空区漏入的风与高温煤岩进行热交换,风温随之升高并回流到采煤工作面;另一方面,采空区漏风促使遗煤氧化,甚至导致煤自燃,从而放出大量热,这些热也有可能会被漏风带回到工作面。根据采空区孔隙率分布及演化特征,以及采空区煤自燃放热规律,建立了采面动态推进下的采空区煤自燃温度场模型。以孟村矿401 101工作面和采空区为研究对象,研究采面不同推进速度下采空区遗煤低温氧化放热对采面热环境的影响;模拟采空区煤自燃达到较高温度时,采面风温变化规律;研究采空区岩温对工作面热环境影响;结合采空区热风对采煤工作面热环境的影响研究,对采面风温现状进行模拟,并对采面不同进风温度下采面热环境改善情况预测。结果表明:正常推进速度下,采空区煤氧化放热对采面风温影响较小,采面以2.4 m/d推进时,工作面平均温度仅上升0.3℃...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
3采空区漏风携热模拟方法19（1）矿区概况孟村矿位于彬长矿区中西部，井田东西长10km，南北宽8km，面积为63km2。地理坐标：东经107°49′15″～107°56′45″，北纬35°07′15″～35°11′45″。孟村矿所在的井田平均地温梯度为3.7℃/100m，其中非煤系地层平均为1.9℃/100m，煤系地层平均为5.2℃/100m。该矿井田大部分区域是一级热害区（31~37℃），局部为二级高温区（>37℃）。目前开采的靠北部和中部区域为二级热害区，东南部区域为低温正常区域，其余大部分区域为一级热害区。（2）工作面概况目前矿井处于工作面401101开采期间，煤层瓦斯含量高，采煤工作面热害严重，回风流温度最高已超过30℃。现开采的4号煤层属Ⅰ类容易自燃煤层，发热量大。工作面涌水主要来自顶板，平均涌水量695m3/h，水温30～32℃，涌水汇入位于工作面进风巷中部的采面水仓，水仓水温基本恒定在30℃。回采走向长2000m，工作面倾向长度为180m，采高1.8～3.5m，该工作面采用U型通风方式，进风巷配风约为1900m3/s。物理模型及网格划分（1）采空区和采煤工作面物理模型以进风侧采空区与工作面交界处最右端作为采空区几何模型的坐标原点，坐标轴X代表沿走向采空区的深度，坐标轴Y代表沿倾向采面工作面距离进风巷的位置。采煤工作面长度180m，采空区初始走向长度200m，进、回风巷宽4m。几何模型的具体布置及参数如图3.1所示。图3.1采空区和采煤工作面物理模型（2）网格划分在整个模拟体系中，网格划分是至关重要的一步，对模型进行网格划分是Fluent数值模拟计算的前提。网格的划分可分为结构化网格和非结构化网格，网格划分时可进行
西安科技大学硕士学位论文 网格尺寸设置和边界加密等细节操作，网格划分的好坏将直接影响计算的速度、收敛性和结果的精确度。 图 3.2 是采煤工作面进风侧的局部区域网格划分情况，由于模拟涉及到边界移动，所以必须采用非结构化网格，网格单元尺寸大小为 0.5 m，采煤工作面及采空区边界和交界进行网格加密，加密边界处尺寸为 0.25 m。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温矿井采煤工作面风温模拟与应用[J]. 张正开. 科学技术创新. 2020(12)
[2]矿井采空区漏风问题的迎风有限元求解技术及其应用[J]. 吴奉亮,李智胜,常心坦. 西安科技大学学报. 2019(02)
[3]我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用的科学思考[J]. 袁亮,姜耀东,王凯,赵毅鑫,郝宪杰,徐超. 煤炭学报. 2018(01)
[4]我国煤矿深部开采现状与技术难题[J]. 郭志伟. 煤. 2017(12)
[5]移动坐标下采空区流场及遗煤瓦斯浓度场分布[J]. 刘彦青,张浪,李伟,桑聪,王恩. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2017(03)
[6]非均质孔隙率采空区氧化升温规律四维动态模拟[J]. 周佩玲,张英华,黄志安,袁飞,高玉坤,王辉,孙倩. 工程科学学报. 2016(10)
[7]我国煤矿高温热害防治需求调查分析[J]. 褚召祥. 煤矿安全. 2016(04)
[8]基于非线性渗流模型采空区漏风流场数值模拟[J]. 张睿卿,唐明云,戴广龙,申茂良. 中国安全生产科学技术. 2016(01)
[9]深井高温对矿工健康的影响及防治措施[J]. 庄严. 煤矿安全. 2014(10)
[10]煤绝热氧化动力学特征参数与变质程度的关系[J]. 朱红青,王海燕,宋泽阳,和超楠. 煤炭学报. 2014(03)
博士论文
[1]高温采煤工作面围岩散热及风温预测数值模拟方法研究[D]. 王浩.中国矿业大学(北京) 2018
[2]采空区遗煤氧化升温时空演化机制研究[D]. 周佩玲.北京科技大学 2017
[3]高温采煤工作面风温预测理论及数值模拟[D]. 孔松.中国矿业大学(北京) 2016
[4]多层采空区流场动态平衡理论与技术[D]. 张效春.辽宁工程技术大学 2014
[5]掘进工作面传热特性及热害治理研究[D]. 姬建虎.重庆大学 2014
[6]采空区自然发火的多场耦合机理及三维数值模拟研究[D]. 刘伟.中国矿业大学（北京） 2014
[7]高温采煤工作面热害机制及风流特性的热—流理论研究与数值模拟[D]. 刘冠男.中国矿业大学 2010
[8]高温矿井井巷热质交换理论及降温技术研究[D]. 刘何清.中南大学 2010
[9]高瓦斯易自燃采空区瓦斯与自燃耦合研究[D]. 李宗翔.辽宁工程技术大学 2007
硕士论文
[1]凤凰山矿沿空留巷Y型通风方式下采空区漏风规律研究[D]. 李明珠.太原理工大学 2012
[2]矿井降温系统优选决策与集中式冷水降温技术工艺研究[D]. 褚召祥.山东科技大学 2011
[3]高温矿井风温预测模型研究及应用[D]. 左金宝.安徽理工大学 2009
[4]煤层隐蔽火源红外成像探测技术的应用研究[D]. 马民.西安科技大学 2009
[5]综放工作面采空区风流场分析研究[D]. 胡英俊.山东科技大学 2008
本文编号：3502696
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【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
3采空区漏风携热模拟方法19（1）矿区概况孟村矿位于彬长矿区中西部，井田东西长10km，南北宽8km，面积为63km2。地理坐标：东经107°49′15″～107°56′45″，北纬35°07′15″～35°11′45″。孟村矿所在的井田平均地温梯度为3.7℃/100m，其中非煤系地层平均为1.9℃/100m，煤系地层平均为5.2℃/100m。该矿井田大部分区域是一级热害区（31~37℃），局部为二级高温区（>37℃）。目前开采的靠北部和中部区域为二级热害区，东南部区域为低温正常区域，其余大部分区域为一级热害区。（2）工作面概况目前矿井处于工作面401101开采期间，煤层瓦斯含量高，采煤工作面热害严重，回风流温度最高已超过30℃。现开采的4号煤层属Ⅰ类容易自燃煤层，发热量大。工作面涌水主要来自顶板，平均涌水量695m3/h，水温30～32℃，涌水汇入位于工作面进风巷中部的采面水仓，水仓水温基本恒定在30℃。回采走向长2000m，工作面倾向长度为180m，采高1.8～3.5m，该工作面采用U型通风方式，进风巷配风约为1900m3/s。物理模型及网格划分（1）采空区和采煤工作面物理模型以进风侧采空区与工作面交界处最右端作为采空区几何模型的坐标原点，坐标轴X代表沿走向采空区的深度，坐标轴Y代表沿倾向采面工作面距离进风巷的位置。采煤工作面长度180m，采空区初始走向长度200m，进、回风巷宽4m。几何模型的具体布置及参数如图3.1所示。图3.1采空区和采煤工作面物理模型（2）网格划分在整个模拟体系中，网格划分是至关重要的一步，对模型进行网格划分是Fluent数值模拟计算的前提。网格的划分可分为结构化网格和非结构化网格，网格划分时可进行
西安科技大学硕士学位论文 网格尺寸设置和边界加密等细节操作，网格划分的好坏将直接影响计算的速度、收敛性和结果的精确度。 图 3.2 是采煤工作面进风侧的局部区域网格划分情况，由于模拟涉及到边界移动，所以必须采用非结构化网格，网格单元尺寸大小为 0.5 m，采煤工作面及采空区边界和交界进行网格加密，加密边界处尺寸为 0.25 m。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温矿井采煤工作面风温模拟与应用[J]. 张正开. 科学技术创新. 2020(12)
[2]矿井采空区漏风问题的迎风有限元求解技术及其应用[J]. 吴奉亮,李智胜,常心坦. 西安科技大学学报. 2019(02)
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[4]我国煤矿深部开采现状与技术难题[J]. 郭志伟. 煤. 2017(12)
[5]移动坐标下采空区流场及遗煤瓦斯浓度场分布[J]. 刘彦青,张浪,李伟,桑聪,王恩. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2017(03)
[6]非均质孔隙率采空区氧化升温规律四维动态模拟[J]. 周佩玲,张英华,黄志安,袁飞,高玉坤,王辉,孙倩. 工程科学学报. 2016(10)
[7]我国煤矿高温热害防治需求调查分析[J]. 褚召祥. 煤矿安全. 2016(04)
[8]基于非线性渗流模型采空区漏风流场数值模拟[J]. 张睿卿,唐明云,戴广龙,申茂良. 中国安全生产科学技术. 2016(01)
[9]深井高温对矿工健康的影响及防治措施[J]. 庄严. 煤矿安全. 2014(10)
[10]煤绝热氧化动力学特征参数与变质程度的关系[J]. 朱红青,王海燕,宋泽阳,和超楠. 煤炭学报. 2014(03)
博士论文
[1]高温采煤工作面围岩散热及风温预测数值模拟方法研究[D]. 王浩.中国矿业大学(北京) 2018
[2]采空区遗煤氧化升温时空演化机制研究[D]. 周佩玲.北京科技大学 2017
[3]高温采煤工作面风温预测理论及数值模拟[D]. 孔松.中国矿业大学(北京) 2016
[4]多层采空区流场动态平衡理论与技术[D]. 张效春.辽宁工程技术大学 2014
[5]掘进工作面传热特性及热害治理研究[D]. 姬建虎.重庆大学 2014
[6]采空区自然发火的多场耦合机理及三维数值模拟研究[D]. 刘伟.中国矿业大学（北京） 2014
[7]高温采煤工作面热害机制及风流特性的热—流理论研究与数值模拟[D]. 刘冠男.中国矿业大学 2010
[8]高温矿井井巷热质交换理论及降温技术研究[D]. 刘何清.中南大学 2010
[9]高瓦斯易自燃采空区瓦斯与自燃耦合研究[D]. 李宗翔.辽宁工程技术大学 2007
硕士论文
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[4]煤层隐蔽火源红外成像探测技术的应用研究[D]. 马民.西安科技大学 2009
[5]综放工作面采空区风流场分析研究[D]. 胡英俊.山东科技大学 2008
本文编号：3502696
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