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综放采场“O”形圈内瓦斯运移规律研究

作　者: 陈晋
导　师: 邢玉忠
学　校: 太原理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 综放开采采空区“O”形圈瓦斯运移通风方式数值模拟
分类号: TD712
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近几十年来,综放采煤方法在我国得到了广泛的应用。综合机械化放顶煤采煤方法具有高产高效、生产集中等优点,但由于其开采强度大,造成采空区遗煤多、空间大等特点,造成采空区流向综放工作面的瓦斯量急剧增加,工作面回风巷和上隅角瓦斯频频超限,不仅造成工作面断电停产等严重后果,造成了巨大的经济损失,甚至有时会发生瓦斯燃烧或者爆炸之类的重特大恶性事故,给矿井安全生产造成严重威胁,这也是制约综放采煤方法广泛推广的一个瓶颈。因此,对综放工作面采场瓦斯的扩散、运移、流动和分布规律进行研究,具有非常重要的理论和现实意义。本文主要从以下几个方面做了一些研究：(1)根据综放工作面开采后,上覆直接项会在采空区跨落,由于采场四周煤柱和支架的影响,使得靠近煤柱和支架的地方往往会形成相对松散区,而远离工作面的地方,由于老项跨落后会发生回转失稳,使得采空区深部的地方重新压实,且会随着工作面的推进,采空区空间范围的增大,压实区域逐渐增大。这样在采空区就形成了类似“0”形圈的环状体系,卸压的瓦斯大量存储在这些环形带空间里。(2)将采空区视为随时间和空间变化的非均质的多孔介质,推导了采场各瓦斯源的涌出量,及瓦斯在其中的运移控制方程。(3)通过FLUENT软件对“U”形通风方式和“U+L”形通风方式在不同风速下进行了3201工作面采场瓦斯运移规律的模拟研究。详细阐述了在“U”形通风方式下综放工作面“O”形圈内不同部位的瓦斯浓度、流线分布规律,通过模拟“U+L”形通风方式对比分析可知,不论是“U”形通风方式还是“U+L"形通风方都是随着通风量的增大工作面采场瓦斯浓度降低,且在同样通风量的情况下,虽然“U+L"形通风方式和“U”形通风方式回风巷瓦斯浓度差别不大,但“U+L”形通风方式可大大降低工作面回风巷附近的上隅角的瓦斯浓度,保证工作面的安全生产。(4)通过该矿3201工作面近半年的瓦斯实测,分析了工作面产量和瓦斯涌出量的关系,且通过与数值模拟结果对比,进而得出模拟结果可作为现场实际生产的参考依据。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 研究的背景及意义  10-11
  1.3 目前研究现状  11-13
    1.3.1 国内综放面采空区瓦斯移动规律的研究现状  11-12
    1.3.2 国外综放面采空区瓦斯移动规律的研究现状  12-13
  1.4 主要研究内容及路线  13-15
第二章综采工作面及采空区瓦斯涌出规律  15-25
  2.1 综放采场瓦斯运移的基本规律  15-22
    2.1.1 煤层中瓦斯赋存及运移特征  15-19
    2.1.2 采空区瓦斯运移基本特征  19-22
  2.2 影响综放采场瓦斯涌出的因素  22-23
  2.3 综放采场瓦斯涌出分析  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章综放采场瓦斯运移的数值模拟  25-49
  3.1 FLUENT软件介绍  25-26
  3.2 数值模型的建立  26-28
    3.2.1 模型建立及单元网格的划分  26-28
    3.2.2 模型参数选择  28
  3.3 数值模拟结果及分析  28-48
    3.3.1 "U"形通风模拟结果及分析  28-39
    3.3.2 "U+L"形通风模拟结果及分析  39-45
    3.3.3 "U"形通风和"U+L"形通风对比分析  45-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章某矿3201工作面瓦斯实测研究  49-61
  4.1 矿井概括  49-53
    4.1.1 地理位置  49-50
    4.1.2 地质概况  50-51
    4.1.3 区域水文地质概况  51-52
    4.1.4 煤层赋存概况  52-53
  4.2 3201工作面开采期间瓦斯涌出规律分析  53-59
    4.2.1 数据测点情况  53-59
    4.2.2 测点观测结果与数值模拟结果对比分析  59
  4.3 本章小结  59-61
第五章结论与展望  61-63
  5.1 结论  61-62
  5.2 展望  62-63
参考文献  63-68
致谢  68-69
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