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黄陵二号煤矿综采工作面采空区瓦斯流动规律数值模拟研究

作　者: 姚春雨
导　师: 郝天轩
学　校: 河南理工大学
专　业: 矿业工程
关键词: 瓦斯流动 数值模拟 采空区 Fluent 高位裂隙钻孔
分类号: TD712
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 264次
引　用: 1次
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内容摘要


随着科技的进步,大多高产矿井使用综合机械化采煤方法。该方法效率高、推进速度快,但其开采强度大,采空区遗煤多、空间也大、围岩破坏程度严重,使得采空区涌向工作面的瓦斯急剧上升,工作面回风巷和上隅角瓦斯频频超限。掌握综采工作面采空区瓦斯流动规律并对采空区实施抽放措施是降低工作面瓦斯涌出量和上隅角超限的主要手段。研究采空区瓦斯流动规律对煤矿安全生产十分必要。本文系统总结了采空区瓦斯运移规律及数值模拟研究成果。根据前人研究成果和黄陵二号煤矿107综采工作面采空区瓦斯抽放的现状提出考虑非等高拱形冒落的采空区三维多孔介质模型并用Fluent对其进行数值模拟。在研究过程中首先通过流体力学、瓦斯渗流力学和多孔介质流体力学等理论建立了综采工作面采空区瓦斯渗流的数学方程。其次,通过现场考察107综采工作面高位裂隙钻孔的单孔瓦斯抽放情况,得到采空区上覆岩石裂隙带和冒落带的高度,尤其是得出了冒落带非等高冒落的具体情况为建立采空区三维模型提供了依据。然后,本文通过Fluent模拟采空区瓦流动规律得到结论为:回风侧瓦斯浓度较高,在回风侧冒落带拱形冒落弧线区有大量高浓度瓦斯聚集,其瓦斯浓度可达到7%,这个区域大致在距回风侧5-30m,高度为12-25m。最后,利用模拟得到的采空区瓦斯流动规律优化了107综采工作面高位裂隙钻孔的参数,并为以后的采空区瓦斯抽放提供了依据。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-16
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 采空区渗流力学研究现状  11-13
    1.2.2 采空区瓦斯运移规律及数值模拟研究现状  13-14
  1.3 问题的提出  14
  1.4 本文研究内容和研究路线  14-16
    1.4.1 主要研究内容  14-15
    1.4.2 主要研究路线  15-16
2 采空区瓦斯流场数值模拟相关理论  16-26
  2.1 概述  16
  2.2 多孔介质模型  16-18
    2.2.1 多孔介质定义  16-17
    2.2.2 孔隙率及表征元体（REV）  17-18
    2.2.3 渗透率及渗透系数  18
  2.3 综采面采空区瓦斯流动的控制方程  18-26
    2.3.1 采空区气体组分方程  19-20
    2.3.2 采空区气体渗流场方程  20-21
    2.3.3 采空区气体的扩散场方程  21-24
    2.3.4 边界条件  24-26
3 黄陵二号煤矿概况  26-32
  3.1 矿井概况  26-27
    3.1.1 煤层特征  26-27
    3.1.2 开拓方式及开采基本情况  27
  3.2 地质构造  27-29
    3.2.1 地层  27
    3.2.2 构造  27-29
  3.3 矿井瓦斯状况  29-30
    3.3.1 地勘钻孔瓦斯状况  29
    3.3.2 瓦斯分布规律  29-30
  3.4 实验区概况  30-32
4 采空区上覆岩石“三带”划分  32-40
  4.1 采空区上覆岩石“三带”介绍  32-33
    4.1.1 采空区垂直方向上的“三带”  32-33
    4.1.2 岩层移动沿工作面推进方向的分区  33
  4.2 采空区“三带”高度的现场考察  33-39
    4.2.1 常用测试方法介绍  34-36
    4.2.2 本次现场考察方法  36-39
  4.3 本章小结  39-40
5 综采工作面采空区瓦斯涌出分析  40-44
  5.1 采空区瓦斯来源分析  40-41
  5.2 采空区瓦斯涌出量计算  41-42
  5.3 采空区瓦斯涌出有效长度的确定  42-44
6 综采工作面采空区瓦斯流动规律数值模拟  44-60
  6.1 Fluent 软件及其功能介绍  44-46
    6.1.1 Fluent 软件结构  44-45
    6.1.2 用Fluent 程序求解问题的步骤  45-46
  6.2 采空区三维建模及网格划分  46-47
    6.2.1 采空区模型确定  46-47
    6.2.2 网格划分  47
  6.3 采空区数值模拟  47-55
    6.3.1 数值模拟条件设定  47-48
    6.3.2 模拟计算  48-55
  6.4 现场验证  55-57
    6.4.1 观测方法  55
    6.4.2 方案布置  55-56
    6.4.3 采空区瓦斯浓度分布  56-57
    6.4.4 采空区渗透系数的反演计算  57
  6.5 采空区瓦斯流动规律现场应用  57-58
  6.6 本章小结  58-60
7 结论  60-62
  7.1 本文主要结论  60
  7.2 本文创新及特色  60-61
  7.3 下一步工作展望  61-62
参考文献  62-66
附录  66-68
作者简历  68-70
学位论文数据集  70

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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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