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寺河矿煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出预警系统研究

作　者: 杨艳国
导　师: 题正义
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 采矿工程
关键词: 掘进工作面数值模拟煤与瓦斯突出实时分级预警采动应力
分类号: TD713
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 469次
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内容摘要

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,随着经济的快速发展,能源的需求越来越大。矿井采掘深度以每年近20m的速度向深部不断延伸,地应力与瓦斯压力不断加大,煤炭开采的地质条件和技术条件也日趋复杂。煤与瓦斯突出矿井的数量增多,次数频繁,强度加大,解决煤与瓦斯突出问题已经迫在眉睫。煤巷掘进过程中发生突出的比例占70%以上,研究煤巷掘进工作面突出发生的机理,实现突出预警对于预防煤与瓦斯突出,具有重大的理论意义和推广应用价值。本文针对寺河矿实际条件,在分析影响煤与瓦斯突出影响因素的基础上,利用理论分析、实验研究、数值模拟、井下监测等方法,实现了煤与瓦斯突出实时分级预警。分析研究了寺河矿瓦斯含量的主要影响因素,通过分析对比,根据等值线走向趋势的相符合程度,得出了各种地质因素对煤层瓦斯赋存的影响,得到了寺河矿瓦斯地质图,分析了掘进工作面发生煤与瓦斯突出的瓦斯地质条件。运用FLAC3D软件建立了掘进工作面推进过程中的三维模型,通过数值计算得到了采动应力分布图、应力升高区的地点及应力峰值,分析了掘进过程中巷道应力的分布规律及其对煤与瓦斯突出的影响。采用实验测试方法分析了寺河矿煤样的物理力学性质、透气性系数。分析了寺河矿煤样变形特性、强度特性和渗透特性等物理力学特征;采用origin数据处理软件分析了煤层渗透性系数与孔隙压、体积应力的关系,为瓦斯涌出规律的研究提供了基础数据。研究了掘进工作面瓦斯涌出规律,掘进工作面瓦斯涌出量是表征煤层应力状态、瓦斯压力状态和煤质特征综合作用指标,它反映了前方应力、瓦斯压力和强度、煤层产状的变化情况。在煤样渗透性实验及数据分析的基础上,分析了掘进工作面瓦斯涌出影响因素、煤巷掘进工作面瓦斯浓度分布规律及掘进工作面瓦斯涌出规律,完成了掘进工作面瓦斯涌出量理论计算方法。对瓦斯浓度序列的移动平均线、振幅、频次和方差进行综合评判,建立了瓦斯涌出异常辨识模型。基于组态软件开发了煤瓦斯突出实时分级预警系统软件,通过工作面瓦斯浓度监测数据实时读取,结合瓦斯涌出异常辨识模型、瓦斯地质规律和煤巷掘进工作面力学模型,实现了煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出的实时分级预警。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-32
  1.1 引言  11-13
  1.2 国内外研究综述  13-28
  1.3 选题背景及问题的提出  28-30
  1.4 主要研究内容及技术路线  30-32
2 煤与瓦斯突出影响因素分析  32-40
  2.1 地质构造  32-34
  2.2 地应力  34-35
  2.3 煤体结构  35-36
  2.4 煤层瓦斯参数  36-38
  2.5 煤层渗透率  38
  2.6 其他因素  38-39
  2.7 本章小结  39-40
3 寺河矿煤层瓦斯地质规律  40-63
  3.1 矿井概况  40-42
  3.2 井田地质概况  42-45
  3.3 地层、煤层和煤质特征  45-49
  3.4 晋城矿区区域地质构造对瓦斯的控制  49-53
  3.5 寺河矿井地质构造对瓦斯的控制  53-57
  3.6 寺河矿西区3＃煤层瓦斯含量的地质因素研究  57-60
  3.7 寺河矿瓦斯地质图  60-61
  3.8 本章小结  61-63
4 煤与瓦斯突出应力数值模拟研究  63-84
  4.1 概述  63-64
  4.2 有限差分方法  64-65
  4.3 FLAC3D 软件简介  65-71
  4.4 数值计算模型建立及计算方案  71-76
  4.5 掘进工作面应力数值模拟  76-83
  4.6 本章小结  83-84
5 煤巷掘进工作面瓦斯涌出规律研究  84-110
  5.1 煤体渗透性实验  84-94
  5.2 煤巷掘进工作面瓦斯浓度分布规律  94-95
  5.3 掘进工作面瓦斯涌出规律  95-100
  5.4 掘进工作面瓦斯涌出影响因素分析  100-101
  5.5 掘进工作面瓦斯涌出量计算方法  101-104
  5.6 掘进工作面瓦斯涌出变化特征指标分析  104-106
  5.7 瓦斯涌出异常的辨识  106-108
  5.8 本章小结  108-110
6 预警系统软件的开发与应用  110-130
  6.1 组态软件介绍  110-112
  6.2 矿图管理  112-115
  6.3 安全监测监控系统设置  115-116
  6.4 安全监测监控和传输设备  116-118
  6.5 监测设备各类传感器布置  118
  6.6 掘进工作面煤与瓦斯突出预测预警系统开发  118-126
  6.7 掘进工作面煤与瓦斯突出预警系统应用  126-129
  6.8 本章小结  129-130
7 结论与展望  130-132
  7.1 结论  130-131
  7.2 展望  131-132
参考文献  132-139
作者简历  139-141
学位论文数据集  141-142
查新结论  142-144

寺河矿煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出预警系统研究

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