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采动影响下煤体内瓦斯运移规律实验与理论研究

作　者: 张鹏
导　师: 王家臣
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 采矿工程
关键词: 三维采场瓦斯运移规律模拟实验系统 瓦斯 吸附解吸 CFD
分类号: TD712
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在归纳总结了以往煤的瓦斯吸附解吸实验系统的特点后,独立设计开发了新型的三维采场瓦斯运移规律模拟实验系统,提出了进行煤的瓦斯吸附解吸实验的一个新思路。利用新型实验系统进行了大尺寸煤体在不同含水率条件下的瓦斯吸附解吸实验,通过实验研究发现,大尺寸煤体单位质量瓦斯吸附量约为以往利用煤粉进行实验时所得结果的1/10左右；大尺寸煤体的瓦斯解吸量与时间呈现出近似于抛物线形态的相关性；煤体的瓦斯解吸过程并不是恒温的,随着解吸过程的进行,实验煤体温度呈现下降趋势；采动时煤体的解吸速度要明显快于自然解吸速度,且解吸程度更为充分。最终根据以上实验研究、数值模拟以及理论推导,建立了在采动卸压作用的影响下,煤体内的空气—瓦斯混合气体运移方程组,并给出定解条件。

全文目录


摘要  6
Abstract  6-7
详细摘要  7-10
Detailed Abstract  10-14
1 绪论  14-24
  1.1 问题的提出及研究意义  14-16
    1.1.1 研究背景  14-15
    1.1.2 研究意义  15-16
  1.2 研究内容的文献综述与研究现状  16-22
    1.2.1 煤的瓦斯吸附性能研究现状  16-18
    1.2.2 煤的瓦斯解吸规律研究现状  18-21
    1.2.3 煤的瓦斯吸附解吸实验方法研究现状  21-22
  1.3 论文研究内容与研究方法  22-24
    1.3.1 论文主要研究内容  22-23
    1.3.2 研究思路及技术路线  23-24
2 三维采场瓦斯运移规律模拟实验系统的设计与开发  24-52
  2.1 引言  24
  2.2 实验系统的研制思路及目的  24-25
  2.3 三维采场瓦斯运移规律模拟实验系统的工作原理  25-28
    2.3.1 实验系统的构成  25-26
    2.3.2 实验系统的工作原理  26-28
  2.4 三维采场瓦斯运移规律模拟实验台的设计与安装  28-40
    2.4.1 实验台结构方案设计  28-33
    2.4.2 实验台的安装  33-34
    2.4.3 实验台的密封  34-39
    2.4.4 实验台的气密性检测  39-40
  2.5 三十二通道数据信息采集系统  40-48
    2.5.1 系统原理与组成  40-41
    2.5.2 主要技术参数  41
    2.5.3 硬件接口与各类传感器的标定定义  41-44
    2.5.4 软件系统  44-46
    2.5.5 传感器的焊接标准  46-48
  2.6 甲烷气体流量计的选用及管径改造  48-50
    2.6.1 涡街流量计选型  48-49
    2.6.2 涡街流量计的管径改造  49-50
  2.7 本章小结  50-52
3 煤体内瓦斯运移规律实验研究  52-76
  3.1 实验步骤  52-53
  3.2 煤体的瓦斯吸附解吸实验研究  53-72
    3.2.1 不同含水量时煤体的瓦斯吸附实验  55-68
    3.2.2 不同含水量时的煤体瓦斯解吸实验  68-71
    3.2.3 瓦斯解吸时温度变化实验  71-72
    3.2.4 实验结果分析  72
  3.3 采动影响下煤体瓦斯运移规律实验研究  72-73
  3.4 本章小结  73-76
4 煤体内瓦斯运移规律的数值模拟研究  76-88
  4.1 数值模拟软件  76-80
    4.1.1 数值模拟软件的选择  76-77
    4.1.2 数值模拟软件的基本方程  77-78
    4.1.3 数值模拟软件的基本模型  78-80
  4.2 无采动影响时煤体内瓦斯运移规律数值模拟研究  80-83
    4.2.1 数值模型的建立  80
    4.2.2 数值模拟结果的分析  80-83
  4.3 采动影响下媒体内瓦斯运移规律数值模拟研究  83-87
    4.3.1 数值模型的建立  83-84
    4.3.2 数值模拟结果分析  84-87
  4.4 本章小结  87-88
5 采动影响下煤体内瓦斯运移模型的建立  88-96
  5.1 煤体孔隙特征  88-89
    5.1.1 煤体的原生孔隙特征  88
    5.1.2 影响煤体孔隙结构的因素  88-89
    5.1.3 采动影响下煤体内孔隙特征变化  89
  5.2 卸压煤体内气体特性  89-90
  5.3 采动影响下煤体内瓦斯运移模型的建立  90-95
    5.3.1 煤体内混合气体的流动基本方程  90-91
    5.3.2 采动影响下煤体内瓦斯运移模型  91-95
  5.4 本章小结  95-96
6 结论与展望  96-98
  6.1 论文工作总结及结论  96-97
  6.2 论文的主要创新点  97
  6.3 研究展望  97-98
参考文献  98-104
致谢  104-106
作者简介  106

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山安全与劳动保护 > 矿井大气 > 矿井瓦斯
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