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易自燃特厚煤层采空区自燃规律及其与矿山压力关系研究

作　者: 蒋东杰
导　师: 李东印；李化敏
学　校: 河南理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 特厚煤层综放开采自燃规律矿压显现规律数值模拟
分类号: TD752
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

不连沟煤矿开采易自燃特厚6“煤层,埋深200m左右,煤层最短自然发火期12天。为了掌握其煤层自燃特性、采空区遗煤自燃规律及其与矿山压力之间关系,采用了实验室实验、现场实测、理论分析与数值模拟相结合的手段进行研究。采用束管技术监测采空区气体分布,并利用流体计算软件模拟采空区漏风情况及氧浓度变化,从而明确划分了采空区自燃三带,得出了采空区自燃危险区域分布规律,采空区中部氧化带靠近工作面,两端远离工作面,确定了抑制采空区遗煤自燃的安全推进速度；通过现场实测,掌握了工作面初次来压阶段和正常回采阶段的矿压规律,并利用关键层理论得出顶板跨落后老顶形成“短砌体梁”或“台阶岩梁”,从而解释了工作面来压强度大、步距小及地表台阶下沉的主要原因；利用RFPA2D对综放采场围岩支承压力进行数值模拟,以采空区底板受力状况为依据,对采空区压力横三区进行了划分；以顶板滑落失稳特征为基础分析了风流在采空区多孔介质内的流动特征及渗透特性,并计算了采空区煤岩块的碎胀系数和渗透系数；对比分析了在初采及正常回采阶段顶板不同跨落特征情况下采空区自燃三带分布与采空区压力横三区的分布规律,得出了二者之间的对应关系；建立了关键层破断冲击采空区垮矸模型,分析了采空区CO涌出规律与工作面来压规律之间的关系。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-18
  1.1 问题的提出  10
  1.2 国内外研究现状  10-15
    1.2.1 采空区自燃规律研究现状  10-12
    1.2.2 综放采场覆岩运移及矿压规律研究现状  12-15
  1.3 研究内容及技术路线  15-18
2 F6102综放面煤层自然发火特性分析  18-28
  2.1 工作面基本概况  18
  2.2 煤自燃倾向性研究  18-22
    2.2.1 实验装置及技术参数  18-19
    2.2.2 实验仪器工作原理及分类标准  19-20
    2.2.3 实验煤样采取原则及制备要求  20-21
    2.2.4 实验过程及测试结果  21-22
  2.3 煤样氧化特点及红外光谱实验与分析  22-27
    2.3.1 煤样氧化特点  22-24
    2.3.2 煤样元素分析  24-25
    2.3.3 煤样的光谱分析  25-27
  2.4 小结  27-28
3 F6102综放面采空区自燃危险区域分布规律  28-46
  3.1 采空区自燃三带划分指标及方法  28-29
    3.1.1 采空区自燃三带划分指标  28
    3.1.2 采空区自燃三带划分方法  28-29
  3.2 自燃三带分布的现场观测  29-36
    3.2.1 三带观测方案  29-30
    3.2.2 观测结果及分析  30-36
  3.3 自燃三带分布的数值模拟  36-42
    3.3.1 FL咙NT软件特征  37
    3.3.2 采空区物理模型的建立  37-39
    3.3.3 采空区渗流数学控制方程  39-40
    3.3.4 边界条件设置及模拟方法  40
    3.3.5 模拟结果及分析  40-42
  3.4 采空区自燃危险区域分布  42-44
  3.5 小结  44-46
4 F6102综放面矿压显现规律分析  46-66
  4.1 综放工作面矿压规律分析  46-55
    4.1.1 工作面地质条件  46-47
    4.1.2 支架参数及观测方法  47
    4.1.3 基本顶初次来压  47-50
    4.1.4 基本顶周期来压  50-55
  4.2 F6102综放面覆岩结构及失稳特征  55-60
    4.2.1 关键层位置判别  55-57
    4.2.2 初次来压基本顶结构及失稳形式分析  57-58
    4.2.3 周期来压基本顶结构及失稳分析  58-60
  4.3 采空区支承压力分布规律  60-64
    4.3.1 计算模型的建立  61-62
    4.3.2 底板支承压力分布规律  62-64
    4.3.3 采空区压力横三区范围  64
  4.4 小结  64-66
5 F6102综放面矿压特征与采空区自燃规律之间的关系分析  66-78
  5.1 采场矿压特征影响采空区自燃规律的原因分析  66-70
    5.1.1 采空区压力横三区风流特征分析  66-67
    5.1.2 采空区压力横三区渗透特性分析  67-69
    5.1.3 采空区渗透系数的确定  69-70
  5.2 采空区压力横三区与自燃三带的对比分析  70-72
  5.3 矿压特征对CO运移规律的影响  72-75
    5.3.1 关键层破断对CO运移的影响  72-74
    5.3.2 F6102综放面CO变化特征  74-75
  5.4 小结  75-78
6 结论及展望  78-80
  6.1 主要结论  78-79
  6.2 展望  79-80
参考文献  80-84
作者简历  84-86
学位论文数据集  86

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