采空區(qū)是煤自燃多發(fā)區(qū)域,采空區(qū)的復(fù)雜性導(dǎo)致采空區(qū)煤自燃熱源位置較為隱蔽,研究煤自燃導(dǎo)致的采空區(qū)氣體及溫度變化特征是分析判斷采空區(qū)煤自燃隱蔽熱源位置并進(jìn)行有效防控的基礎(chǔ)。本文以龍固煤礦1301工作面采空區(qū)為研究對象,應(yīng)用FLAC3D數(shù)值模擬軟件,研究了煤層開采過程中覆巖垂直應(yīng)力和塑性破壞變化規(guī)律,獲得了采空區(qū)走向及傾向上應(yīng)力分布,開發(fā)了采空區(qū)空間分布模型;通過程序升溫實驗與理論推導(dǎo),建立了采空區(qū)遺煤自燃的耗氧速率和CO生成速率數(shù)理模型;在上述研究的基礎(chǔ)上開發(fā)了采空區(qū)煤自燃隱蔽熱源氣熱場分布的數(shù)值模擬模型,模擬了采空區(qū)存在隱蔽熱源情況下的氣體、溫度場變化規(guī)律。主要成果如下:（1）使用FLAC3D仿真計算軟件,模擬研究了煤層開采過程中上覆巖層垂直應(yīng)力及塑性破壞動態(tài)變化規(guī)律;根據(jù)煤層開采結(jié)束后覆巖塑性破壞特征,得出采空區(qū)冒落帶高度為15.05m,裂隙帶高度為28.3m;基于采空區(qū)底板走向及傾向應(yīng)力變化特征,采用雙曲正切函數(shù)擬合構(gòu)建了采空區(qū)三維孔隙率、滲透率分布模型;（2）利用程序升溫實驗開展了煤自燃特性參數(shù)研究,通過理論推導(dǎo)及回歸分析建立了煤樣耗氧速率及CO生成速率與煤溫之間的關(guān)系,考慮氧氣濃... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

數(shù)值計算模型

2采空區(qū)覆巖破壞變形規(guī)律數(shù)值模擬研究13狀態(tài)從壓應(yīng)力整體轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力狀態(tài)，受采動影響，上覆巖層逐漸斷裂垮落，上部垮落巖層及已開采煤層先期承載的應(yīng)力向采空區(qū)兩端轉(zhuǎn)移，在工作面煤壁前方及切眼處煤壁后方形成一定范圍的應(yīng)力集中區(qū)域，采空區(qū)頂?shù)装逍纬梢欢ǚ秶膽?yīng)力釋放區(qū)，覆巖應(yīng)力分布整體上呈軸對稱分布的‘拱’形態(tài)，隨著工作面的不斷推進(jìn)，覆巖應(yīng)力分布形態(tài)逐漸由‘拱’形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g低兩邊高的‘馬鞍’形。圖2-3開挖10m時應(yīng)力分布云圖Figure2-3Clouddiagramofstressdistributionat10mexcavation圖2-4開挖10m時底板垂直應(yīng)力變化曲線Figure2-4Curveofverticalstressonthefloorwhenexcavating10m當(dāng)煤層開挖10m時，煤層頂?shù)装逯胁?1.6～57.7m出現(xiàn)明顯應(yīng)力釋放區(qū)，但由于開挖距離較短，覆巖破壞程度較低，煤層頂板并未出現(xiàn)拉應(yīng)力，受煤層開采影響，由煤層所承載的應(yīng)力向采空區(qū)兩側(cè)傳遞，形成兩處應(yīng)力集中區(qū)，其中一處位于工作面左側(cè)4.6m處，另一處位于停采線右側(cè)0.6m處，因為忽略煤層傾角的

2采空區(qū)覆巖破壞變形規(guī)律數(shù)值模擬研究13狀態(tài)從壓應(yīng)力整體轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力狀態(tài)，受采動影響，上覆巖層逐漸斷裂垮落，上部垮落巖層及已開采煤層先期承載的應(yīng)力向采空區(qū)兩端轉(zhuǎn)移，在工作面煤壁前方及切眼處煤壁后方形成一定范圍的應(yīng)力集中區(qū)域，采空區(qū)頂?shù)装逍纬梢欢ǚ秶膽?yīng)力釋放區(qū)，覆巖應(yīng)力分布整體上呈軸對稱分布的‘拱’形態(tài)，隨著工作面的不斷推進(jìn)，覆巖應(yīng)力分布形態(tài)逐漸由‘拱’形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g低兩邊高的‘馬鞍’形。圖2-3開挖10m時應(yīng)力分布云圖Figure2-3Clouddiagramofstressdistributionat10mexcavation圖2-4開挖10m時底板垂直應(yīng)力變化曲線Figure2-4Curveofverticalstressonthefloorwhenexcavating10m當(dāng)煤層開挖10m時，煤層頂?shù)装逯胁?1.6～57.7m出現(xiàn)明顯應(yīng)力釋放區(qū)，但由于開挖距離較短，覆巖破壞程度較低，煤層頂板并未出現(xiàn)拉應(yīng)力，受煤層開采影響，由煤層所承載的應(yīng)力向采空區(qū)兩側(cè)傳遞，形成兩處應(yīng)力集中區(qū)，其中一處位于工作面左側(cè)4.6m處，另一處位于停采線右側(cè)0.6m處，因為忽略煤層傾角的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]紅慶河煤礦綜采工作面采空區(qū)“三帶”測定及模擬分析[J]. 呂會慶,許永成,劉春江.  能源與環(huán)保. 2019(12)
[2]基于分形理論的采空區(qū)遺煤孔隙率研究[J]. 朱建芳,宋富美,段嘉敏,申家輝,李季.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2019(32)
[3]綜放工作面采空區(qū)“三帶”實測及注氮管步距確定[J]. 藏亮,李本一.  科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力. 2019(09)
[4]采煤工作面采空區(qū)自燃“三帶”分布實測研究[J]. 閆宇.  山東煤炭科技. 2019(07)
[5]不同自燃傾向性煤的指標(biāo)氣體產(chǎn)生規(guī)律實驗研究[J]. 沈云鴿,王德明,朱云飛.  中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2018(04)
[6]采空區(qū)氧化-升溫耦合模擬相似準(zhǔn)則及傳熱相似性研究[J]. 袁飛,周佩玲,黃志安,高玉坤,張英華.  煤炭學(xué)報. 2017(S2)
[7]瑞安煤礦雙巷束管監(jiān)測技術(shù)優(yōu)化及采空區(qū)“三帶”劃分[J]. 沈志遠(yuǎn),齊慶杰,張海洋,郭曉天.  礦業(yè)安全與環(huán)保. 2017(06)
[8]貧氧條件下煤自燃特性的熱重-紅外實驗研究[J]. 鄧軍,楊俊義,張玉濤,李亞清.  煤礦安全. 2017(04)
[9]貧氧條件下煤自燃特性實驗研究[J]. 張群,李玉福,姚海飛,徐長富,鄭忠亞,王海燕.  煤礦開采. 2016(06)
[10]煤耗氧速率與CO生成速率的計算及實驗論證[J]. 劉偉,秦躍平,喬珽,馬步才.  中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2016(06)

博士論文
[1]高瓦斯易自燃采空區(qū)流場特征及遺煤氧化特性研究[D]. 余照陽.中國礦業(yè)大學(xué) 2018
[2]神東礦區(qū)綜采工作面采空區(qū)常溫條件下CO產(chǎn)生與運(yùn)移規(guī)律研究及應(yīng)用[D]. 吳玉國.太原理工大學(xué) 2015
[3]采動裂隙巖體應(yīng)力恢復(fù)及其滲透性演化[D]. 王文學(xué).中國礦業(yè)大學(xué) 2014
[4]綜放采場CO涌出特征與自燃危險區(qū)域判定研究[D]. 賈海林.河南理工大學(xué) 2014
[5]綜放采空區(qū)遺煤自然發(fā)火規(guī)律及高效防治技術(shù)[D]. 曹凱.中國礦業(yè)大學(xué) 2013
[6]綜放工作面采空區(qū)自然發(fā)火三維數(shù)值模擬研究[D]. 劉宏波.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 2012
[7]高瓦斯易自燃采空區(qū)雙層遺煤均壓通風(fēng)系統(tǒng)研究[D]. 邵昊.中國礦業(yè)大學(xué) 2011
[8]采空區(qū)氣體三維多場耦合規(guī)律研究[D]. 車強(qiáng).中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 2010
[9]采空區(qū)漏風(fēng)流場與瓦斯運(yùn)移的疊加方法研究[D]. 王紅剛.西安科技大學(xué) 2009
[10]高瓦斯易自燃采空區(qū)瓦斯與自燃耦合研究[D]. 李宗翔.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 2007

碩士論文
[1]防治煤自燃的微膠囊化復(fù)合阻化劑研究[D]. 白子明.中國礦業(yè)大學(xué) 2019
[2]烏蘭礦復(fù)合采空區(qū)自然發(fā)火防治技術(shù)研究[D]. 陳寶義.煤炭科學(xué)研究總院 2018
[3]基于連續(xù)性碎脹系數(shù)模型的采空區(qū)瓦斯非線性滲流規(guī)律研究[D]. 李宇瓊.太原理工大學(xué) 2018
[4]U型通風(fēng)工作面采空區(qū)漏風(fēng)影響因素研究[D]. 張睿卿.安徽理工大學(xué) 2017
[5]徐莊礦7331工作面采空區(qū)遺煤自燃特性及“三帶”測試技術(shù)研究[D]. 凌玉壽.安徽理工大學(xué) 2014
[6]綜放采空區(qū)3D空間非線性滲流及瓦斯運(yùn)移規(guī)律數(shù)值模擬研究[D]. 顧潤紅.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 2012
[7]基于溫度場法的采空區(qū)火源定位技術(shù)研究[D]. 唐明云.安徽理工大學(xué) 2005



本文編號：3470303