發(fā)布時(shí)間：2017-09-25 18:20

  本文關(guān)鍵詞：張集礦1111工作面高抽巷位置對(duì)工作面瓦斯治理效果的數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 上隅角瓦斯 頂板高抽巷 數(shù)值模擬 多孔介質(zhì)

【摘要】：煤礦作為我國(guó)一次能源的主體,是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的主要原料,然而煤礦事故仍然不時(shí)發(fā)生,不但會(huì)產(chǎn)生一定的財(cái)產(chǎn)損失,同時(shí)也對(duì)人生安全產(chǎn)生很大威脅。瓦斯事故在所有煤炭事故中一直占這很大比例,尤其是工作面上隅角瓦斯超限問(wèn)題,因此對(duì)于礦井瓦斯的治理是關(guān)系到煤礦生產(chǎn)能否安全進(jìn)行的重要影響因素。高抽巷對(duì)于高瓦斯礦井上隅角瓦斯超限問(wèn)題的治理取得一定的效果,也越來(lái)越多的被應(yīng)用在各種不同煤礦中,高抽巷抽采瓦斯效果與高抽巷布置層位是否合理有很大關(guān)系。 本文將通過(guò)數(shù)值模擬方法來(lái)分析采空區(qū)內(nèi)瓦斯分布及運(yùn)移狀況,從而確定出高抽巷布置的合理位置。詳細(xì)的敘述了采空區(qū)瓦斯來(lái)源,影響因素,給出瓦斯涌出量相關(guān)計(jì)算公式；分析了采空區(qū)橫三區(qū)(自然堆積區(qū),載荷影響區(qū)和壓實(shí)穩(wěn)定區(qū))和豎直方向(裂隙帶和垮落帶)的基本性質(zhì),給出了各區(qū)碎脹系數(shù)的求解方法；給出了采空區(qū)多孔介質(zhì)模型及其主要參數(shù)的計(jì)算方法,同時(shí)分析了采空區(qū)內(nèi)氣體升浮、擴(kuò)散和聚集基本特征及其產(chǎn)生的相關(guān)原因；分析了頂板高抽巷抽采瓦斯的基本機(jī)理及布置高抽巷的基本層位選擇,并建立了連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程和控制微分方程等基本方程,為數(shù)值模擬提供了理論和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 本文結(jié)合張集礦1111工作面實(shí)際數(shù)據(jù)建立起采空區(qū)基本物理模型,設(shè)定好相關(guān)參數(shù)和邊界條件,運(yùn)用Fluent模擬軟件作出如下工作： (1)在風(fēng)速為2m/s時(shí),模擬出總體瓦斯分布狀況,并分別截取垂直方向上0m(工作面底板),4m(工作面頂板),16m(處于冒落帶內(nèi)),30m(處于裂隙帶內(nèi)),水平方向上20m,60m,120m,200m,250m,傾斜方向上距離回風(fēng)巷道4m,30m,90m,130m,170m,通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)垂直方向上從工作面底板到裂隙帶上部,瓦斯?jié)舛融呌谥饾u增大,水平方向上,從距離工作面近處到遠(yuǎn)處,瓦斯分布由小變大后趨于穩(wěn)定,傾斜方向上,從進(jìn)風(fēng)巷到回風(fēng)巷,瓦斯?jié)舛戎饾u增大。同時(shí),觀察到上隅角瓦斯超限嚴(yán)重,達(dá)到12.1%,不利于安全工作的進(jìn)行。通過(guò)加大進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速到3.5m/s后,瓦斯分布基本規(guī)律一致,主要觀察工作面上隅角瓦斯含量,也是嚴(yán)重超標(biāo)。這說(shuō)明僅僅通過(guò)加大風(fēng)量并不能有效地治理瓦斯超限問(wèn)題。 (2)在固定傾斜方向上距離回風(fēng)巷22m時(shí),選取垂直高度為26m,34m,42m,50m,58m,應(yīng)用Fluent軟件對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯分布基本規(guī)律整體上基本一致,自然堆積區(qū)和載荷影響區(qū)瓦斯?jié)舛鹊玫揭欢ㄏ♂?不過(guò)對(duì)壓實(shí)穩(wěn)定區(qū)影響不大,然而在工作面上隅角及高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛炔町愝^大,選出高抽巷垂高為34m時(shí),上隅角瓦斯?jié)舛茸畹?同時(shí)高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛茸罡�。�?dāng)確定出垂直高度34m后,選取傾斜方向山距離回風(fēng)巷22m,30m,38m,46m,54m這幾個(gè)點(diǎn)模擬,得出30m為最合適距離,此時(shí)上隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.7%,同時(shí)高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛葹樽罡叩?0%,比較合理。 通過(guò)與張集礦實(shí)際數(shù)據(jù)比較,該工作面高抽巷實(shí)際布置在垂直高度距離工作面底板32m,傾斜方向距離回風(fēng)巷27m,與模擬在數(shù)據(jù)上存在一定的偏差。然而實(shí)際平均月抽采瓦斯?jié)舛葹?8.5%,上隅角瓦斯平均濃度約為0.75%,與模擬布置高抽巷所確定的基本一致,可以認(rèn)為該層位是比較合的。
【關(guān)鍵詞】：上隅角瓦斯 頂板高抽巷 數(shù)值模擬 多孔介質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TD712
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題的研究背景12-13
• 1.2 采空區(qū)瓦斯流動(dòng)規(guī)律及抽采技術(shù)的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 采空區(qū)瓦斯流動(dòng)規(guī)律理論13-16
• 1.2.2 采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 CFD數(shù)值模擬研究狀況17-18
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容及方法18-20
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.4.2 研究方法19-20
• 第二章 采空區(qū)瓦斯賦存涌出及覆巖基本結(jié)構(gòu)20-34
• 2.1 瓦斯在煤層中的賦存狀態(tài)20-21
• 2.2 綜采面瓦斯來(lái)源及涌出量分析21-28
• 2.2.1 綜采面瓦斯來(lái)源21-23
• 2.2.2 采空區(qū)瓦斯涌出量計(jì)算23-26
• 2.2.3 采空區(qū)瓦斯涌出的因素分析26-28
• 2.3 采空區(qū)巖層的冒落特性28-31
• 2.3.1 采空區(qū)橫三區(qū)與豎三帶劃分28-29
• 2.3.2 巖體在垮落帶不同區(qū)的巖石性質(zhì)29-30
• 2.3.3 垂直帶基本高度的估算30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-34
• 第三章 采空區(qū)多孔介質(zhì)模型及瓦斯運(yùn)移特征34-44
• 3.1 多孔介質(zhì)定義及相關(guān)特性34-36
• 3.1.1 孔隙性34-35
• 3.1.2 比面35
• 3.1.3 滲透率與滲透系數(shù)35-36
• 3.1.4 壓縮性36
• 3.2 采空區(qū)瓦斯運(yùn)移特征36-38
• 3.3 采空區(qū)瓦斯流動(dòng)數(shù)學(xué)方程38-42
• 3.3.1 滲流運(yùn)動(dòng)基本方程38-41
• 3.3.2 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方程41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第四章 高抽巷基本原理及FLUENT軟件相關(guān)介紹44-54
• 4.1 走向高抽巷抽采瓦斯作用44-47
• 4.1.1 高抽巷抽采瓦斯機(jī)理44-45
• 4.1.2 高抽巷合理層位的初步確定45-47
• 4.2 控制微分方程的建立47-50
• 4.2.1 基本假設(shè)條件47
• 4.2.2 采空區(qū)氣體流動(dòng)方程47-48
• 4.2.3 采空區(qū)瓦斯動(dòng)力彌散方程48-50
• 4.3 CFD模擬軟件FLUENT簡(jiǎn)介50-53
• 4.3.1 Fluent的基本結(jié)構(gòu)程序和相關(guān)關(guān)系50-51
• 4.3.2 Fluent可求解的問(wèn)題51-52
• 4.3.3 Fluent求解過(guò)程52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第五章 綜采面采空區(qū)瓦斯流動(dòng)規(guī)律的數(shù)值模擬54-72
• 5.1 數(shù)值模擬前準(zhǔn)備工作54-58
• 5.1.1 采空區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律模擬模型的建立54-56
• 5.1.2 網(wǎng)格的劃分56
• 5.1.3 采空區(qū)相關(guān)參數(shù)計(jì)算及邊界條件的選擇56-57
• 5.1.4 Fluent模擬采空區(qū)的基本過(guò)程57-58
• 5.2 “U”形通風(fēng)下采空區(qū)瓦斯數(shù)值模擬58-64
• 5.3 不同位置走向高抽巷的數(shù)值模擬64-69
• 5.3.1 垂直高度的確定64-67
• 5.3.2 水平方向位置確定67-69
• 5.3.3 模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較分析69
• 5.4 本章小結(jié)69-72
• 第六章 結(jié)論與展望72-76
• 6.1 本文主要結(jié)論72-73
• 6.2 本文的展望73-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80-82
• 攻讀碩士間發(fā)表論文82

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 梁運(yùn)培;鄰近層卸壓瓦斯越流規(guī)律的研究[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2000年01期

2 聶百勝,何學(xué)秋,王恩元;瓦斯氣體在煤孔隙中的擴(kuò)散模式[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2000年05期

3 余楚新,鮮學(xué)福,譚學(xué)術(shù);煤層瓦斯流動(dòng)理論及滲流控制方程的研究[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1989年05期

4 柏發(fā)松;采空區(qū)瓦斯上浮問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究[J];阜新礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1997年04期

5 譚學(xué)術(shù);袁靜;;礦井煤層真實(shí)瓦斯?jié)B流方程的研究[J];重慶建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào);1986年01期

6 孫培德,鮮學(xué)福;上保護(hù)層保護(hù)范圍的固氣耦合分析[J];煤;1999年01期

7 孫培德;;煤層瓦斯流場(chǎng)流動(dòng)規(guī)律的研究[J];煤炭學(xué)報(bào);1987年04期

8 吳世躍,郭勇義;煤層氣運(yùn)移特征的研究[J];煤炭學(xué)報(bào);1999年01期

9 魏引尚;鄧敢博;吳曉凡;曹建濤;;急傾斜工作面采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律的相似模擬研究[J];湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年01期

10 梁冰,章夢(mèng)濤,王泳嘉;煤層瓦斯?jié)B流與煤體變形的耦合數(shù)學(xué)模型及數(shù)值解法[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);1996年02期

，

本文編號(hào)：918887