本文關(guān)鍵詞： 煤與瓦斯突出 突出預(yù)警 “三軟”煤層 瓦斯參數(shù) 預(yù)警模型 綜合權(quán)系數(shù)　出處：《河南理工大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近幾年來,我國重特大瓦斯事故不斷發(fā)生,在國內(nèi)外造成了極其惡劣的影響和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在我國的煤與瓦斯突出事故中,“三軟”煤層中發(fā)生的突出占有一定的比重,尤其是在河南西部礦區(qū)“三軟”煤層普遍存在。為了有效地預(yù)防和治理“三軟”煤層煤與瓦斯突出事故,運用理論分析、軟件擬合、實驗室實驗和現(xiàn)場觀測等方法,對河南西部GC煤礦“三軟”煤層瓦斯參數(shù)變化特征及突出預(yù)警模型進(jìn)行了系統(tǒng)、深入研究,最后對“三軟”煤層采煤工作面進(jìn)行了煤與瓦斯突出預(yù)警實例分析和驗證,得出了如下結(jié)果和結(jié)論:(1)根據(jù)Darcy定律、質(zhì)量守恒定律和流體力學(xué)中微分形式的運動方程,建立了兩個瓦斯流動的偏微分方程并聯(lián)立求解,得出了煤層中徑向不穩(wěn)定流和球向不穩(wěn)定流的瓦斯壓力場方程,表明瓦斯壓力p與時間t成反比,與半徑r成正比;根據(jù)瓦斯壓力場方程和達(dá)西定律推導(dǎo)出了半徑為r的圓上單位面積瓦斯流量方程和煤層透氣性系數(shù)λ的方程,這些參數(shù)都是關(guān)于時間t和距鉆孔(或巷道)中心的距離r的函數(shù)。(2)利用理論分析和數(shù)值模擬對采煤工作面前方支承壓力、煤層鉆孔瓦斯涌出初速度、瓦斯涌出量、煤層透氣性系數(shù)等瓦斯參數(shù)進(jìn)行了分析研究,研究結(jié)果表明,這些參數(shù)具有相似的或相反的變化規(guī)律,是關(guān)于距煤壁距離x或者觀測時間t的S型曲線和倒S型曲線的組合。煤層透氣性系數(shù)、采煤工作面超前支承壓力、煤層瓦斯壓力關(guān)于距煤壁距離的曲線形式具有不很嚴(yán)格的對稱性。結(jié)合“三軟”煤層煤礦具體地質(zhì)條件,可確定出煤層瓦斯參數(shù)變化規(guī)律,從而為礦井瓦斯災(zāi)害防治提供有效的理論指導(dǎo)。(3)構(gòu)建了二維瓦斯流動方程和三維橢球體內(nèi)部瓦斯流動方程,利用該方程解釋了煤與瓦斯突出的過程。(4)對“三軟”煤層煤與瓦斯突出的危險性進(jìn)行了事故樹分析,確定出了突出發(fā)生的概率,得出了突出發(fā)生的可能途徑和預(yù)防突出的途徑,最后確定出了導(dǎo)致突出的各因素的重要性排序。(5)構(gòu)建了“三軟”煤層煤與瓦斯突出預(yù)警的指標(biāo)體系,該體系中包括煤層瓦斯壓力、瓦斯放散初速度等8個指標(biāo);利用AHP方法確定出了各預(yù)警指標(biāo)的權(quán)系數(shù),基于事故樹分析中基本事件的臨界重要度,確定出了預(yù)警指標(biāo)的權(quán)系數(shù),將兩者合成為綜合權(quán)系數(shù)。(6)構(gòu)建了基于可拓理論和綜合權(quán)系數(shù)的可拓預(yù)警模型,并對GC煤礦“三軟”煤層采煤工作面的突出危險性進(jìn)行了預(yù)警分析,預(yù)警結(jié)果屬于一般警度等級。
[Abstract]:In recent years, serious and serious gas accidents have occurred continuously in our country, which have caused extremely bad effects and huge economic losses at home and abroad. In the coal and gas outburst accidents in China, the outburst in the "three soft" coal seams occupies a certain proportion. In order to effectively prevent and control coal and gas outburst accidents in "three soft" coal seams, the methods of theoretical analysis, software fitting, laboratory experiments and field observation are used in order to effectively prevent and control coal and gas outburst accidents in the "three soft" coal seams in the western mining area of Henan Province. The variation characteristics of gas parameters and the early warning model of outburst in "three soft" coal seams in the western part of Henan Province are systematically studied. Finally, an example of coal and gas outburst early warning is analyzed and verified in the coal face of "three soft" coal seams. The following results and conclusions are obtained: (1) based on Darcy's law, mass conservation law and differential equations of motion in fluid mechanics, two partial differential equations of gas flow are established in parallel. The gas pressure field equations of radial unstable flow and spherical unstable flow in coal seam are obtained. It shows that gas pressure p is inversely proportional to time t and directly proportional to radius r; According to the gas pressure field equation and Darcy's law, the gas flow equation per unit area on the circle with radius r and the gas permeability coefficient 位 equation of coal seam are derived. These parameters are a function of time t and distance r from the center of borehole (or roadway). By using theoretical analysis and numerical simulation, the bearing pressure in front of coal mining face, the initial velocity of gas emission from coal seam borehole, and the amount of gas emission are obtained. The gas parameters such as permeability coefficient of coal seam are analyzed and studied. The results show that these parameters have similar or opposite variation laws. It is about the combination of S-type curve and inverted S-type curve of distance from coal wall x or observation time t. Coal seam permeability coefficient, advance supporting pressure of coal face, The curve form of coal seam gas pressure on the distance from coal wall has not very strict symmetry. Combined with the specific geological conditions of "three soft" coal seam coal mine, the variation law of coal seam gas parameters can be determined. Thus, the two-dimensional gas flow equation and the three-dimensional ellipsoid gas flow equation are constructed for the effective theoretical guidance for the prevention and control of mine gas disaster. Using the equation to explain the process of coal and gas outburst, the risk of coal and gas outburst in "three soft" coal seams is analyzed by accident tree analysis, the probability of outburst is determined, and the possible ways of outburst and the ways to prevent outburst are obtained. Finally, the importance order of the factors leading to outburst is determined. (5) the index system of early warning of coal and gas outburst in "three soft" coal seams is constructed, which includes 8 indexes, such as coal seam gas pressure, initial velocity of gas release, etc. The weight coefficient of each early warning index is determined by using AHP method. Based on the critical importance of the basic event in the accident tree analysis, the weight coefficient of the early warning index is determined. The extension early-warning model based on extension theory and comprehensive weight coefficient is constructed, and the outburst risk of "three soft" coal mining face in GC coal mine is analyzed. Early warning results belong to the general alert grade.
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD713

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本文編號：1495893