本文選題：采空區(qū)　切入點：應(yīng)力三區(qū)　出處：《遼寧工程技術(shù)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：工作面漏風是采空區(qū)內(nèi)煤自燃需氧來源的唯一途徑,且煤礦井下采空區(qū)空間構(gòu)成復(fù)雜多變,其滲流場域參數(shù)的改變,直接影響到滲流流場的改變,從而影響到采空區(qū)內(nèi)煤自燃三帶分布及其它采空區(qū)災(zāi)害的形成和防治.因此,對采空區(qū)內(nèi)滲流場域及其特性的研究顯得尤為重要.綜放工作面形成的采空區(qū)具有空間大、遺煤多的顯著特征,其滲流場域及滲流特性在不同采放比條件下具有一定的規(guī)律性,該類問題的分析是綜放工作面采空區(qū)滲流規(guī)律研究的基礎(chǔ),也是綜放工作面采空區(qū)災(zāi)害防治技術(shù)的理論支撐.本文結(jié)合實際礦井情況,采取理論分析、實驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,展開了以下研究：采空區(qū)滲流場域的形成特征及影響因素；將煤壁支撐影響區(qū)域內(nèi)的冒落煤巖體視為自由堆積體多孔介質(zhì),利用自制模型,對自由堆積體均質(zhì)、非均質(zhì)多孔介質(zhì)進行了一維滲流實驗研究,探究滲流速度、滲流壓力梯度與介質(zhì)粒徑大小的關(guān)系,滲流狀態(tài)轉(zhuǎn)變的滲流速度閾值；建立采空區(qū)三維滲流模型,進行了工作面阻力分布對工作面兩端壓差、采空區(qū)內(nèi)滲流壓力的影響實驗；基于采空區(qū)應(yīng)力分布確定綜放工作面采空區(qū)滲流場域大小的方法,利用離散元程序UDEC建立了綜放工作面在采放比為1：1、1：2、1：3時的數(shù)值模型,分析了采空區(qū)走向滲流場域、傾向滲流場域隨采放比的變化規(guī)律；利用CFD軟件Fluent分析了綜放工作面采空區(qū)在不同采放比下的滲流規(guī)律、工作面阻力分布對工作面兩端壓差及采空區(qū)滲流的影響,最后,通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的分析,驗證了實驗規(guī)律和數(shù)值模擬規(guī)律的正確性.研究結(jié)果表明：在相同滲透速度變化范圍內(nèi),隨著構(gòu)成多孔介質(zhì)“骨架”顆粒粒徑的增加,滲透的壓力梯度降低,滲流狀態(tài)逐步由以粘性力為主的線性滲流向以慣性力為主的非線性滲流轉(zhuǎn)變,且轉(zhuǎn)變的滲流速度閾值逐步減�。环蔷|(zhì)多孔介質(zhì)中的滲透系數(shù)和滲流狀態(tài)轉(zhuǎn)變的滲流速度大小主要取決于其小粒徑顆粒所占的比例；在相同地質(zhì)條件下,隨著綜放工作面采放比的增加,采空區(qū)滲流場域在走向上減小,高度增加；采空區(qū)內(nèi)滲流速度場分布具有較弱的對稱性,進風隅角和回風隅角在相同速度區(qū)間內(nèi),回風側(cè)滲流范圍大于進風側(cè)滲流范圍,走向上,過渡滲流(非線性滲流)區(qū)域均出現(xiàn)減小的趨勢,傾向上,過渡滲流(非線性滲流)區(qū)域增加；工作面阻力主要分布于進風端、回風端和工作面中部時,工作面兩端壓差依次減小,且當工作面阻力分布于工作面中部時,采空區(qū)中部滲透深度增加,工作面阻力分布于進、回風端時,采空區(qū)滲流出現(xiàn)明顯的非對稱分布.
[Abstract]:The air leakage is the only way to the oxygen source of coal spontaneous combustion in goaf, and the space of goaf in coal mine is complex and changeable. The change of seepage field parameters directly affects the change of seepage flow field. Thus, the distribution of coal spontaneous combustion and the formation and prevention of other goaf disasters in goaf are affected. Therefore, it is very important to study the seepage field and its characteristics in goaf. The goaf formed in fully mechanized caving face has a large space. There are some remarkable characteristics of residual coal, its seepage field and seepage characteristic have certain regularity under different mining and caving ratio conditions. The analysis of this kind of problem is the foundation of the study of seepage law in goaf of fully mechanized caving face. It is also the theoretical support of the technology of disaster prevention and control in goaf of fully mechanized caving face. This paper combines the actual mine situation with theoretical analysis, experimental research and numerical simulation. The following studies are carried out: the forming characteristics and influencing factors of seepage field in goaf, the caving rock mass in the area affected by coal wall support is regarded as the porous medium of free accumulation body, and the free deposit body is homogenized by self-made model. In this paper, the experimental study of one-dimensional seepage in heterogeneous porous media is carried out to explore the relationship between seepage velocity, pressure gradient and particle size of medium, the threshold of seepage velocity for seepage state transition, and the three-dimensional seepage model in goaf. The influence of the resistance distribution on the pressure difference between the two ends of the face and the seepage pressure in the goaf is carried out, and the method of determining the field size of the seepage field in the goaf of the fully mechanized caving face based on the stress distribution in the goaf is presented. The numerical model of fully mechanized caving face with mining caving ratio of 1: 1 / 1: 1: 1: 3 is established by using discrete element program UDEC, and the variation law of trend seepage field and inclined seepage field with the ratio of mining to caving is analyzed. CFD software Fluent is used to analyze the seepage law of goaf in fully mechanized caving face under different mining caving ratio, and the influence of face resistance distribution on the pressure difference at both ends of the face and seepage flow in goaf. Finally, the field measured data are analyzed. The experimental and numerical simulation results show that the pressure gradient of the porous media decreases with the increase of the particle size of the "skeleton" particles in the same permeation velocity range. The seepage state gradually changes from linear seepage with viscous force to nonlinear seepage with inertia force, and the threshold of seepage velocity gradually decreases. The permeability coefficient in heterogeneous porous media and the seepage velocity of seepage state transition mainly depend on the proportion of small particle size, and under the same geological conditions, with the increase of mining caving ratio in fully mechanized caving face, The distribution of seepage velocity field in goaf has weaker symmetry, and the flow range of return wind side is larger than that of inlet wind side in the same velocity range. The trend of transition seepage (nonlinear seepage) is decreasing, the tendency of transition seepage (nonlinear seepage) is increasing, and the face resistance is mainly distributed in the air inlet end, the return air end and the middle of the face. The pressure difference between the two ends of the face decreases in turn, and when the face resistance is distributed in the middle of the face, the penetration depth in the middle of the goaf increases, the resistance of the face is distributed in the entry, and when the return air ends, the seepage in the goaf appears obvious asymmetric distribution.
【學(xué)位授予單位】：遼寧工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD752.2

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5 王s，

本文編號：1653103