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上隅角插管抽采时采空区漏风及瓦斯分布数值模拟研究

作　者: 张丹丹
导　师: 高建良
学　校: 河南理工大学
专　业: 矿业工程
关键词: 采空区上隅角插管数值模拟漏风瓦斯浓度分布
分类号: TD728
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

研究上隅角插管时采空区漏风及瓦斯分布规律对提高瓦斯抽采效率、治理上隅角瓦斯超限及采空区遗煤自燃和瓦斯爆炸有着非常重要的理论和现实意义。本文利用计算流体力学的理论，运用Fluent软件模拟网格划分不同时工作面采空区的流场，得出对工作面近壁面进行边界层加密时在上、下隅角附近出现一定范围的涡流区；工作面、采空区网格间距分别为0.4、0.2m，1m、0.5m时上隅角及靠近工作面的瓦斯浓度差别较大，工作面、采空区网格间距分别为0.2、0.1m，0.5m、0.25m时上隅角及靠近工作面瓦斯浓度差别较小。建立采空区漏风及瓦斯分布的数学物理模型，运用Fluent软件对U型通风采空区进行模拟，模拟结果得出：随着深入采空区的距离越远，瓦斯浓度越高，；从采空区底部至顶部瓦斯浓度逐渐变大，距底板15m以上的瓦斯浓度可达到70%以上；在回风侧上隅角附近出现局部的高浓度瓦斯区域，且越靠近工作面瓦斯浓度越高。通过对上隅角插管时采空区进行数值模拟得出其瓦斯分布规律：与未抽采时相比同一位置采空区瓦斯浓度有所降低，采空区瓦斯涌向抽采管口，使其周围瓦斯浓度明显降低。随抽采负压的增加，抽采混合流量不断增加；抽采瓦斯浓度不断降低，在负压较低时抽采瓦斯浓度降幅较小，在负压较高时抽采瓦斯浓度降幅逐渐变大；瓦抽采斯量不断增加，在负压较低时瓦抽采斯量增幅较大，在负压较高时瓦抽采斯量增幅较小，负压升至2000Pa时瓦斯抽采量基本稳定；上隅角瓦斯浓度不断降低。采空区漏风量随抽采负压的升高而不断增加；上隅角插管抽采时沿深入采空区方向的漏风范围变大并随抽采负压升高范围不断扩大；采空区沿工作面方向漏风范围随负压升高而不断扩大；当抽采负压升高到一定程度后，在上隅角附近出现工作面风流流向采空区的反常现象。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-17
  1.1 引言  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 采空区瓦斯流动规律的研究现状  12-14
    1.2.2 采空区瓦斯抽采技术国内外现状  14-15
  1.3 本文研究的内容、方法和意义  15-17
    1.3.1 本文研究的内容  15
    1.3.2 本文主要研究方法  15-16
    1.3.3 本文的研究意义  16-17
2 采空区漏风和瓦斯分布数值模拟理论基础  17-33
  2.1 多孔介质理论  17-20
    2.1.1 多孔介质的概念  17
    2.1.2 多孔介质的性质  17-19
    2.1.3 采空区多孔介质模型的假设条件  19-20
    2.1.4 采空区多孔介质的特性  20
  2.2 计算流体力学基础理论  20-30
    2.2.1 建立控制方程  20-22
    2.2.2 工作面湍流控制方法的建立  22-25
    2.2.3 通用控制方程  25-26
    2.2.4 确定初始条件和边界条件  26
    2.2.5 划分计算网格  26-27
    2.2.6 建立离散方程  27-28
    2.2.7 求解离散方程  28-30
    2.2.8 判断解的收敛性  30
  2.3 Fluent 软件的介绍及应用  30-32
    2.3.1 Fluent 基本功能和分析过程  30-31
    2.3.2 多孔介质在 Fluent 中的设置  31-32
  2.4 本章小结  32-33
3 采空区漏风和瓦斯分布数值模拟过程中的问题  33-41
  3.1 采空区漏风和瓦斯分布的数学物理模型  33-34
    3.1.1 采空区漏风和瓦斯分布的数学模型  33-34
    3.1.2 采空区漏风与瓦斯浓度分布的物理模型  34
  3.2 边界条件及模拟参数的设定  34-35
  3.3 网格划分对工作面采空区流场解算结果的影响  35-40
    3.3.1 边界层网格加密对数值模拟解算结果的影响  35-38
    3.3.2 工作面网格间距对解算结果的影响  38-39
    3.3.3 采空区网格间距对解算结果的影响  39-40
  3.4 本章小结  40-41
4 U 型通风采空区瓦斯分布规律的数值模拟研究  41-47
  4.1 U 型通风工作面采空区物理模型  41
  4.2 U 型通风工作面采空区边界条件及模拟参数的确定  41-42
  4.3 U 型通风采空区瓦斯分布规律  42-45
    4.3.1 沿深入采空区方向瓦斯分布规律  42-44
    4.3.2 沿垂直方向瓦斯分布规律  44-45
  4.4 本章小结  45-47
5 上隅角插管抽采时采空区漏风及瓦斯分布规律研究  47-61
  5.1 采空区上隅角插管抽采的物理模型  47
  5.2 上隅角插管抽采时工作面采空区边界条件的设定  47-48
  5.3 不同抽采负压对采空区瓦斯分布的影响  48-53
  5.4 上隅角插管时合理抽采负压的确定  53-60
    5.4.1 不同抽采负压对抽采管内效果的影响  53-55
    5.4.2 不同抽采负压对上隅角瓦斯浓度分布的影响  55-56
    5.4.3 不同抽采负压对采空区漏风的影响  56-60
  5.5 本章小结  60-61
6 结论与展望  61-63
  6.1 结论  61
  6.2 展望  61-63
参考文献  63-67
作者简历  67-68
学位论文数据集  68

上隅角插管抽采时采空区漏风及瓦斯分布数值模拟研究

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