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高地温矿井综放采空区自燃危险区域判定技术研究

作　者: 赵阳
导　师: 文虎；陈晓坤
学　校: 西安科技大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 高地温采空区自燃危险区域判定数值模拟
分类号: TD752.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

煤炭在当今世界能源结构中占有十分重要的地位,能源危机的频频发生使得人们越来越注重煤炭资源的可持续节约性开采。随着浅部煤炭资源的减少和枯竭,深部开采已成为必然趋势。随着矿井深度的增加,和浅部开采相比,深部开采有了很大的不同,其中地温和地压的加大,配风量增大,造成向采空区漏风量增加,采空区的渗透系数及其漏风范围也相应发生了变化,三带分布规律随之发生改变。煤层自然发火的危险性增加,使火灾有了上升的趋势。因此,研究高地温深井综放采空区浮煤自燃危险区域的判定技术具有重要的意义。本文以山东省龙固煤矿1301N工作面为研究对象,采用实验研究、现场观测和数值模拟相结合的办法对高地温矿井综放采空区自燃危险区域进行了研究。首先,利用大型煤自燃发火实验台,对龙固煤矿煤样的自燃特性参数进行了实验测试研究,为高地温矿井综放采空区渗流模型的建立,以及对采空区自燃危险区域划分的现场观测提供了基础数据。其次,对1301N工作面进行现场观测,结合实验测出的煤自燃极限参数,对采空区自燃危险区域进行了判定,并得出了安全推进速度。再次,通过理论分析与现场观测相结合的方法得出工作面采空区空隙率分布、漏风通道分布及渗透率分布的规律,结合工作面实际情况,建立采空区渗流数学及物理模型并对其边界条件进行合理简化。最后,应用FLUENT软件对综放采空区的漏风状况进行了数值模拟研究,得出了采空区气体渗流强度、氧浓度、压力分布等等值线图,将模拟结果与现场观测得出的采空区自燃危险区域分布进行了对比,模拟结果与实测结果基本吻合,证明了模型的有效性及对采空区防灭火工作的指导意义。同时通过数值模拟研究了风量不同时采空区氧浓度、气体渗流速度、压力等的变化,进而研究了采空区自燃危险区域的变化。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-20
  1.1 选题背景及研究意义  8-10
    1.1.1 选题背景  8-9
    1.1.2 研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  10-18
    1.2.1 煤自燃危险性预测的研究进展  10-13
    1.2.2 煤自燃危险区域判定理论  13-14
    1.2.3 煤层自然发火期预测  14-16
    1.2.4 高地温对煤层自燃危险性影响的分析  16-17
    1.2.5 采空区遗煤自燃发火数学模型及数值模拟研究  17-18
  1.3 研究方法和内容  18
  1.4 研究方案和技术路线  18-20
2 煤自燃特性参数实验测定  20-31
  2.1 实验原理  20
  2.2 试验台结构  20-21
  2.3 实验条件  21-22
  2.4 实验结果及分析  22-29
    2.4.1 实验结果  22-23
    2.4.2 结果分析  23-29
  2.5 实验结论  29-31
3 1301 N 工作面现场观测及自燃危险区域的判定  31-44
  3.1 采空区自燃危险区域判定理论  31-34
    3.1.1 采空区浮煤自燃极限参数  31-33
    3.1.2 采空区遗煤自燃危险区域判定条件  33-34
  3.2 1301 N 综放采空区现场观测  34-41
    3.2.1 测点的布置  34-35
    3.2.2 观测工作  35
    3.2.3 现场观测结果及分析  35-39
    3.2.4 采空区浮煤自燃极限参数确定  39-41
  3.3 1301N 工作面采空区自燃危险区域判定  41-44
    3.3.1 采空区自燃危险区域判定  41-43
    3.3.2 采空区自燃危险区域及安全推进速度  43-44
4 高地温矿井综放采空区渗流模型及边界条件  44-55
  4.1 松散煤岩体传质及其数学模型  44-48
    4.1.1 松散煤岩体内传质  44-46
    4.1.2 渗流及扩散数学模型  46-47
    4.1.3 氧气浓度方程  47-48
  4.2 采空区压力及空隙率分布  48-51
    4.2.1 采空区压力分布  48-49
    4.2.2 采空区空隙率分布  49-50
    4.2.3 松散煤岩渗透系数  50-51
  4.3 采空区简化物理模型的建立  51-53
    4.3.1 渗流及计算区域  51-52
    4.3.2 控制方程  52-53
    4.3.3 边界条件  53
  4.4 本章小结  53-55
5 高地温矿井综放采空区漏风规律数值模拟研究  55-63
  5.1 FLUENT 软件应用  55-57
    5.1.1 三维建模及网格划分  55-56
    5.1.2 边界条件设定  56-57
  5.2 数值模拟结果及分析  57-60
    5.2.1 压力及氧气浓度分布  57-59
    5.2.2 渗流速度分布  59-60
    5.2.3 数值模拟结果的分析  60
  5.3 不同风量对自燃危险区域的影响及分析  60-62
  5.4 本章小结  62-63
6 结论  63-65
  6.1 总结  63-64
  6.2 展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
附录  70

高地温矿井综放采空区自燃危险区域判定技术研究

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