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黄白茨矿1295综采工作面瓦斯抽放技术研究

作　者: 胡方涛
导　师: 张金山
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 瓦斯抽放数值分析分源预测综采瓦斯流动
分类号: TD712.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

由于单纯依靠通风并不能彻底解决黄白茨矿1295综采工作面瓦斯超限的问题，所以可以采用瓦斯抽放的措施来解决该工作面瓦斯超限的问题。对瓦斯抽放的研究，归根到底就是对瓦斯抽放参数的研究。本论文正是基于这一点，采用理论分析计算与数值模拟相结合的方法，对1295综采工作面瓦斯抽放参数进行了研究。首先在黄白茨矿12#煤层现场及实验室测定了煤层的瓦斯吸附常数、煤样孔隙率、视密度、水分、煤层的瓦斯含量、煤层的透气性系数和钻孔瓦斯涌出量衰减系数。综合黄白茨矿12#煤层1295综采工作面的实际情况，分析了综采工作面瓦斯来源主要是：本煤层瓦斯涌出，下邻近层瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出。在分析瓦斯源的基础上，采用分源预测法，预测了各个瓦斯涌出源的瓦斯涌出量，通过计算得出：本煤层和采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的86%，因此提出了本煤层和采空区相结合的瓦斯抽放方法。其次从安全、经济、煤层赋存条件、瓦斯涌出量等方面考虑，综合分析了常用瓦斯抽放方法的优缺点及其适用条件，确定了顺层钻孔抽放法和采空区插管法相结合的瓦斯抽放方法。在确定瓦斯抽放方法的基础上，主要对瓦斯抽放方法中的钻孔间距、瓦斯抽放合理时间及钻孔的深度进行了理论分析。通过相对压力指标法确定了钻孔的合理间距；通过瓦斯涌出理论确定了钻孔的合理深度；通过钻孔瓦斯涌出量的衰减性随着时间而有规律的变化来确定钻孔的合理抽放时间。最后在理论分析的基础上，通过FLUENT数值模拟钻孔周围瓦斯压力随着不同时间的变化情况，验证了钻孔的间距和合理的抽放时间与理论计算的结果相一致。通过对瓦斯抽放参数的优化，明显提高了瓦斯抽放效率，瓦斯抽放的浓度也有所提高，回风巷中瓦斯浓度有了明显地降低，工作面断电次数减少，确保了工作面安全、高效地进行生产。这些效果也间接地产生了经济效益：抽放瓦斯浓度的提高，为瓦斯的利用提供了资源；工作面断电次数减少，确保了煤炭产量。通过对抽放钻孔间距、抽放钻孔时间及抽放钻孔的深度等参数的理论分析与数值模拟，为黄白茨矿的综合瓦斯抽放提供一个科学的、量化的参考依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-20
  1.1 研究背景及意义  9-11
  1.2 国内外抽放的现状  11-14
    1.2.1 国外抽放现状  11-12
    1.2.2 国内抽放现状  12-14
  1.3 综合机械化采煤技术的发展  14-15
  1.4 瓦斯流动理论的研究现状  15-18
    1.4.1 线性瓦斯流动理论  15-16
    1.4.2 线性瓦斯扩散理论  16
    1.4.3 瓦斯渗透扩散理论  16-17
    1.4.4 非线性瓦斯流动理论  17
    1.4.5 地物场效应的煤层瓦斯流动理论  17-18
    1.4.6 多煤层系统瓦斯越流理论  18
  1.5 课题研究概述  18-20
    1.5.1 研究的内容  18
    1.5.2 创新点  18-19
    1.5.3 选题研究的方法和技术路线  19-20
2 黄白茨矿矿井概况及 12#煤层瓦斯基础参数的确定  20-32
  2.1 黄白茨矿概貌  20-22
    2.1.1 位置和交通  20
    2.1.2 煤层赋存情况  20-22
    2.1.3 井田开拓开采  22
    2.1.4 煤岩特征  22
  2.2 煤层瓦斯基础参数的确定  22-31
    2.2.1 煤的瓦斯吸附常数与煤的孔隙率等参数  22-25
    2.2.2 煤层瓦斯含量  25-27
    2.2.3 煤层瓦斯压力  27-29
    2.2.4 煤层透气性系数  29
    2.2.5 钻孔瓦斯涌出量衰减系数  29-31
  2.3 本章小结  31-32
3 矿井瓦斯涌出预测  32-39
  3.1 综采工作面概况  32-34
    3.1.1 工作面位置及储量  32
    3.1.2 煤层顶底板  32
    3.1.3 地质构造及水文  32-33
    3.1.4 1295 工作面生产系统  33-34
  3.2 综采工作面瓦斯来源分析  34-35
  3.3 矿井瓦斯涌出量预测  35-37
    3.3.1 开采层瓦斯涌出量预测  35-36
    3.3.2 邻近层瓦斯涌出量预测  36-37
    3.3.3 采空区瓦斯涌出量预测  37
  3.4 本章小结  37-39
4 1295 综采工作面瓦斯抽放技术  39-56
  4.1 瓦斯抽放方法  39-46
    4.1.1 本煤层瓦斯抽放方法  39-42
    4.1.2 采空区瓦斯抽放方法  42-44
    4.1.3 邻近层瓦斯抽放方法  44-46
  4.2 瓦斯抽放方法的确定  46
  4.3 瓦斯抽放参数的设计  46-55
    4.3.1 抽放钻孔间距的确定  46-49
    4.3.2 抽放钻孔深度的确定  49-53
    4.3.3 钻孔合理抽放时间的确定  53-54
    4.3.4 钻孔抽放负压的确定  54-55
    4.3.5 抽放钻孔直径的确定  55
  4.4 本章小结  55-56
5 FLUENT 数值模拟  56-67
  5.1 FLUENT 软件介绍  56-59
  5.2 建模模拟及分析  59-65
    5.2.1 Gambit 建模  59-60
    5.2.2 FLUENT 模拟  60-65
  5.3 优化前后效果对比  65-66
  5.4 本章小结  66-67
6 结论与展望  67-70
  6.1 结论  67-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-74
在学研究成果  74-75
致谢  75

黄白茨矿1295综采工作面瓦斯抽放技术研究

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