本文關鍵詞：張集礦1111工作面高抽巷位置對工作面瓦斯治理效果的數(shù)值模擬研究

  更多相關文章： 上隅角瓦斯 頂板高抽巷 數(shù)值模擬 多孔介質(zhì)

【摘要】：煤礦作為我國一次能源的主體,是我國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的主要原料,然而煤礦事故仍然不時發(fā)生,不但會產(chǎn)生一定的財產(chǎn)損失,同時也對人生安全產(chǎn)生很大威脅。瓦斯事故在所有煤炭事故中一直占這很大比例,尤其是工作面上隅角瓦斯超限問題,因此對于礦井瓦斯的治理是關系到煤礦生產(chǎn)能否安全進行的重要影響因素。高抽巷對于高瓦斯礦井上隅角瓦斯超限問題的治理取得一定的效果,也越來越多的被應用在各種不同煤礦中,高抽巷抽采瓦斯效果與高抽巷布置層位是否合理有很大關系。 本文將通過數(shù)值模擬方法來分析采空區(qū)內(nèi)瓦斯分布及運移狀況,從而確定出高抽巷布置的合理位置。詳細的敘述了采空區(qū)瓦斯來源,影響因素,給出瓦斯涌出量相關計算公式；分析了采空區(qū)橫三區(qū)(自然堆積區(qū),載荷影響區(qū)和壓實穩(wěn)定區(qū))和豎直方向(裂隙帶和垮落帶)的基本性質(zhì),給出了各區(qū)碎脹系數(shù)的求解方法；給出了采空區(qū)多孔介質(zhì)模型及其主要參數(shù)的計算方法,同時分析了采空區(qū)內(nèi)氣體升浮、擴散和聚集基本特征及其產(chǎn)生的相關原因；分析了頂板高抽巷抽采瓦斯的基本機理及布置高抽巷的基本層位選擇,并建立了連續(xù)性方程、動量守恒方程、能量守恒方程和控制微分方程等基本方程,為數(shù)值模擬提供了理論和數(shù)學基礎。 本文結(jié)合張集礦1111工作面實際數(shù)據(jù)建立起采空區(qū)基本物理模型,設定好相關參數(shù)和邊界條件,運用Fluent模擬軟件作出如下工作： (1)在風速為2m/s時,模擬出總體瓦斯分布狀況,并分別截取垂直方向上0m(工作面底板),4m(工作面頂板),16m(處于冒落帶內(nèi)),30m(處于裂隙帶內(nèi)),水平方向上20m,60m,120m,200m,250m,傾斜方向上距離回風巷道4m,30m,90m,130m,170m,通過觀察發(fā)現(xiàn)垂直方向上從工作面底板到裂隙帶上部,瓦斯?jié)舛融呌谥饾u增大,水平方向上,從距離工作面近處到遠處,瓦斯分布由小變大后趨于穩(wěn)定,傾斜方向上,從進風巷到回風巷,瓦斯?jié)舛戎饾u增大。同時,觀察到上隅角瓦斯超限嚴重,達到12.1%,不利于安全工作的進行。通過加大進風口風速到3.5m/s后,瓦斯分布基本規(guī)律一致,主要觀察工作面上隅角瓦斯含量,也是嚴重超標。這說明僅僅通過加大風量并不能有效地治理瓦斯超限問題。 (2)在固定傾斜方向上距離回風巷22m時,選取垂直高度為26m,34m,42m,50m,58m,應用Fluent軟件對采空區(qū)瓦斯進行模擬,發(fā)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯分布基本規(guī)律整體上基本一致,自然堆積區(qū)和載荷影響區(qū)瓦斯?jié)舛鹊玫揭欢ㄏ♂?不過對壓實穩(wěn)定區(qū)影響不大,然而在工作面上隅角及高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛炔町愝^大,選出高抽巷垂高為34m時,上隅角瓦斯?jié)舛茸畹?同時高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛茸罡�。當確定出垂直高度34m后,選取傾斜方向山距離回風巷22m,30m,38m,46m,54m這幾個點模擬,得出30m為最合適距離,此時上隅角瓦斯?jié)舛冗_到0.7%,同時高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛葹樽罡叩?0%,比較合理。 通過與張集礦實際數(shù)據(jù)比較,該工作面高抽巷實際布置在垂直高度距離工作面底板32m,傾斜方向距離回風巷27m,與模擬在數(shù)據(jù)上存在一定的偏差。然而實際平均月抽采瓦斯?jié)舛葹?8.5%,上隅角瓦斯平均濃度約為0.75%,與模擬布置高抽巷所確定的基本一致,可以認為該層位是比較合的。
【關鍵詞】：上隅角瓦斯 頂板高抽巷 數(shù)值模擬 多孔介質(zhì)
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TD712
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題的研究背景12-13
• 1.2 采空區(qū)瓦斯流動規(guī)律及抽采技術的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 采空區(qū)瓦斯流動規(guī)律理論13-16
• 1.2.2 采空區(qū)瓦斯抽采技術的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 CFD數(shù)值模擬研究狀況17-18
• 1.4 主要研究內(nèi)容及方法18-20
• 1.4.1 研究內(nèi)容18-19
• 1.4.2 研究方法19-20
• 第二章 采空區(qū)瓦斯賦存涌出及覆巖基本結(jié)構(gòu)20-34
• 2.1 瓦斯在煤層中的賦存狀態(tài)20-21
• 2.2 綜采面瓦斯來源及涌出量分析21-28
• 2.2.1 綜采面瓦斯來源21-23
• 2.2.2 采空區(qū)瓦斯涌出量計算23-26
• 2.2.3 采空區(qū)瓦斯涌出的因素分析26-28
• 2.3 采空區(qū)巖層的冒落特性28-31
• 2.3.1 采空區(qū)橫三區(qū)與豎三帶劃分28-29
• 2.3.2 巖體在垮落帶不同區(qū)的巖石性質(zhì)29-30
• 2.3.3 垂直帶基本高度的估算30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-34
• 第三章 采空區(qū)多孔介質(zhì)模型及瓦斯運移特征34-44
• 3.1 多孔介質(zhì)定義及相關特性34-36
• 3.1.1 孔隙性34-35
• 3.1.2 比面35
• 3.1.3 滲透率與滲透系數(shù)35-36
• 3.1.4 壓縮性36
• 3.2 采空區(qū)瓦斯運移特征36-38
• 3.3 采空區(qū)瓦斯流動數(shù)學方程38-42
• 3.3.1 滲流運動基本方程38-41
• 3.3.2 擴散運動方程41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第四章 高抽巷基本原理及FLUENT軟件相關介紹44-54
• 4.1 走向高抽巷抽采瓦斯作用44-47
• 4.1.1 高抽巷抽采瓦斯機理44-45
• 4.1.2 高抽巷合理層位的初步確定45-47
• 4.2 控制微分方程的建立47-50
• 4.2.1 基本假設條件47
• 4.2.2 采空區(qū)氣體流動方程47-48
• 4.2.3 采空區(qū)瓦斯動力彌散方程48-50
• 4.3 CFD模擬軟件FLUENT簡介50-53
• 4.3.1 Fluent的基本結(jié)構(gòu)程序和相關關系50-51
• 4.3.2 Fluent可求解的問題51-52
• 4.3.3 Fluent求解過程52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第五章 綜采面采空區(qū)瓦斯流動規(guī)律的數(shù)值模擬54-72
• 5.1 數(shù)值模擬前準備工作54-58
• 5.1.1 采空區(qū)瓦斯運移規(guī)律模擬模型的建立54-56
• 5.1.2 網(wǎng)格的劃分56
• 5.1.3 采空區(qū)相關參數(shù)計算及邊界條件的選擇56-57
• 5.1.4 Fluent模擬采空區(qū)的基本過程57-58
• 5.2 “U”形通風下采空區(qū)瓦斯數(shù)值模擬58-64
• 5.3 不同位置走向高抽巷的數(shù)值模擬64-69
• 5.3.1 垂直高度的確定64-67
• 5.3.2 水平方向位置確定67-69
• 5.3.3 模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)比較分析69
• 5.4 本章小結(jié)69-72
• 第六章 結(jié)論與展望72-76
• 6.1 本文主要結(jié)論72-73
• 6.2 本文的展望73-76
• 參考文獻76-80
• 致謝80-82
• 攻讀碩士間發(fā)表論文82

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：918887