综放采空区瓦斯涌出规律及主要影响因素研究

论文摘要

本文针对综放工作面瓦斯治理中存在的采空区瓦斯涌出超限的突出问题,采取理论分析、现场实测与计算机模拟紧密结合的方法,以井下实测数据为基础,理论分析和数值计算为主导,系统论述了综放工作面及采空区瓦斯涌出规律及影响采空区瓦斯涌出的主要因素,为今后综放工作面瓦斯综合治理提供科学依据。首先,通过对综放采空区冒落岩体碎胀特性的理论分析和采场矿压的现场观测,对采空区横向“三带”的动态分布及其渗透性能进行了深入的研究,为采空区风流场的数值模拟奠定基础。接着运用流体力学、多孔介质渗流力学及计算流体力学等推导了综放采空区渗流数学模型及其FVM数值解法,并采用Fluent软件对采空区空气流动状况进行数值模拟,揭示了采空区风流速度、压力的分布规律。然后分别运用分段测定法、埋管测定法对综放工作面及其采空区瓦斯涌出及浓度分布进行定性定量分析,寻求综放采场瓦斯涌出规律及特征,并提出了能够有效预测采空区瓦斯涌出量的几种方法。最后,对影响采空区瓦斯涌出的主要技术因素,如风量、风压、回采距离及推进速度等进行了全面的分析,并对大气压力对采空区瓦斯涌出的显著性影响进行了初步的探讨。综放采空区瓦斯涌出是矿井及工作面瓦斯涌出的重要组成部分,其涌出状况是决定采取治理措施及验证治理效果的主要依据。而采空区瓦斯涌出状况又受到各种因素的影响而发生变化,因此,分析和掌握瓦斯涌出来源、特点及相关因素之间的关系,对合理分配采面风量和调控采空区瓦斯抽放强度,制定技术可行、经济合理的瓦斯治理措施有着重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 瓦斯运移规律研究现状
• 1.3 主要研究内容及方法
• 1.4 本章小结
• 2 综放采空区冒落岩体碎胀及渗透性质
• 2.1 6303综放面煤层赋存条件
• 2.2 综放采空区冒落岩体的碎胀特性
• 2.3 综放采空区多孔介质渗流特征
• 2.4 本章小结
• 3 综放采空区风流运动规律的数值模拟
• 3.1 采空区多孔介质渗流数学模型
• 3.2 基于有限体积法的采空区风流场的数值计算
• 3.3 采空区二维建模及边界条件的设置
• 3.4 采空区风流数值模拟结果
• 3.5 本章小结
• 4 综放采场瓦斯涌出及浓度分布规律
• 4.1 综放面瓦斯涌出研究
• 4.2 综放工作面瓦斯浓度分布规律
• 4.3 综放采空区瓦斯涌出研究
• 4.4 综放采空区瓦斯浓度分布规律
• 4.5 本章小结
• 5 影响综放采空区瓦斯涌出的主要技术因素
• 5.1 综放面通风条件对采空区瓦斯涌出的影响
• 5.2 综放面生产条件对采空区瓦斯涌出的影响
• 5.3 本章小结
• 6 大气压力对综放采空区瓦斯涌出的显著性影响
• 6.1 大气压力变化规律研究
• 6.2 大气压力对井下风流压力的影响
• 6.3 大气压力变化对采空区瓦斯涌出的作用
• 6.4 本章小结
• 7 主要结论
• 致谢
• 参考文献