基于采空区三维流场实验台的“U+L+高抽”通风系统模拟实验研究

摘要

本文以天池煤矿401工作面为原型,根据采动覆岩理论、采空区瓦斯运移规律,运用相似材料和相似模型以1:100的比例构造了三维采场立体实验模型,前期准备工作进行了漏风实验、压力稳定性实验、瓦斯稳定性实验考察模型的可靠性及后期实验方案的可行性,通过漏风实验可以保证模型的漏风率维持在5％以内,压力场稳定性实验、瓦斯场稳定性实验确定了采场内部流场稳定所需时间,实验主要进行了“U”、“U+L”、“U+L+高抽”研究不同通风方式采场的瓦斯浓度场及压力场的分布规律。
　　通过尾巷与工作面3种不同步距以及尾巷与回风巷的压差来考察外错尾巷及顶板高位抽放巷对采空区流场分布的影响,以及在这些条件下对煤层自燃发火的影响。
　　我们得到以下几点结论:
　　1)采空区内部流场分布的基本规律。
　　2)进风侧采空区中部之前风流已经开始汇合,流线呈现非对称型的分布。高浓度瓦斯区主要集中偏向回风侧的压实区内,浓度场呈现非对称“O”型分布,在有高位抽放巷道时,高瓦斯浓度区进一步向回风侧裂隙带偏移。
　　3)无论是“U”、“U+L”或者高位抽放,单纯风压的改变采空区内部流场分布规律几乎不变。
　　4)通过浓度场及压力场的分析结合含瓦斯风流的不同流态,分析了不同条件下对煤层自燃发火的影响。
　　以上实验为高瓦斯、易自燃煤层应用尾巷、顶板高位抽放提供了必要的实验依据并为采空区瓦斯抽放、防灭火提供了依据,同时也为工作面通风参数优化提供了依据,在实际的生产中具有有一定的参考实用价值。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景（Background and Significance of the Subject）

1.2 国内外研究现状(Domestic and Foreign Research Situation)

1.3 课题的提出及其意义（Presented and Its Significance of The Subject）

1.4 课题的研究内容、技术路线 (Research Content and Research Route of the Paper)

2 实验相关理论基础

2.1 采空区覆岩区带划分（Division of Goaf）

2.2 采空区多孔介质特性 (Porous Media of Model)

2.3 采空区气体特征 (Gas Gharacteristics of Goaf)

2.4 模型律的选择 (The choice of Model Similarity criterion)

2.5 改进的检验分析法 （Improved test method）

2.6 采空区瓦斯浓度的基本分布规律 (The General Distribution Law of Gas Density in Goaf of Fully Mechanized Coal Caving Mining Face)

2.7 小结（Summary）

3 采空区三维流场实验模型研制

3.1 模型外形设计及内部空间划分 (Geometry Design and Internal SPace Division of The Model)

3.2 实验台填充介质孔隙率及渗透率计算（Porosity and Permeability Calculation of Pacing Medium in Experiment Model）

3.3 相似准则数计算（Similarity Criterion Calculation）

3.4 模型试验台构建（Experiment Model Design）

4 顶板高位抽放通风系统实验研究

4.1 模型漏风实验 (Air Leakage Experiment of Model)

4.2 模型压力场稳定性实验 (Pressure Stabilities Experiment of The Model)

4.3 模型瓦斯场稳定性实验(Gas Concentration Stabilities Experiment of The Model)

4.4 模型静置实验 (Static Experiment of The Model)

4.5 “U”型通风系统实验 (Simulation Test and Research on“U”Ventilation System)

4.6“U+L”型通风系统实验 (Simulation Test and Research on“U+L”Ventilation System)

4.7“U+L+顶板高位抽放”型通风系统实验 (Simulation Test and Research on“U+L+Gas Drainage Gateway Near Mine Roof Level”Ventilation System)

4.8 高位抽放对煤自燃发火的影响4.8 Gas Drainage Near The Mine Roof Level effect on Coal Spontaneous Combustion

5 结论与展望

5.1 全文总结 (Conclusions of The Master ’s Thesis)

5.2 本文创新之处 (Innovations of The Thesis)

5.3 展望 (Prospects)

参考文献

作者简历

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