九道岭矿采空区注CO2防灭火数值模拟研究

摘要

文中结合实际利用CFD软件对有自然发火实际危险的九道岭矿-850工作面进行采空区注CO2数值模拟，合理采空区CO2注口位置及注入流量防治遗煤自燃问题研究。
　　煤样耗氧速度的确定是采空区遗煤自然发火研究和数值模拟分析计算的重要问题。为确定九道岭-850工作面采空区煤样在不同氧浓度下的耗氧速度，通过煤样封闭性氧化实验（封闭耗氧实验），结合回归分析方法，获得体积耗氧速度、质量耗氧速度常数、CO生成速度和CO生成速度与耗氧速度比值等关键指标。根据九道岭矿-850工作面采空区的具体参数，利用Gambit对其进行三维建模和划分网格，考虑到煤层9.59°的倾角，加入重力因素;采空区孔隙度的分布不均匀，采用“O型圈”分布碎涨系数模型。结合九道岭矿-850工作面实际防灭火布置，利用具体模型进行数值模拟，对比注CO2前后采空区的风压、漏风，验证注CO2对于抑制工作面向采空区漏风风量的有效性。为确保采空区注CO2防灭火参数的合理，模拟通过改变CO2注口位置及注CO2流量条件下采空区氧浓度分布，得出-850工作面的最佳注CO2位置在进风巷侧距离工作面40m;利用MATLAB拟合得到注CO2流量与氧化带宽度之间的关系，以确保遗煤不自燃的最大氧化带宽度及工作面回风巷CO2浓度不超标，确定最低注CO2量。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文选题的背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤炭自燃机理研究现状

1．2．2 煤炭自燃防治技术研究现状

1．2．3 CO2惰化性能相关研究现状

1．2．4 采空区数值模拟的研究现状

1．2．5 CO2防灭火技术参数研究现状

1．3 研究内容、方法及技术路线

1．3．1 论文研究内容

1．3．2 论文研究方法及技术路线

2 煤的氧化特性及自然发火期的实验研究

2．1 九道岭矿-850工作面煤样耗氧实验研究

2．2 煤样的封闭耗氧实验

2．3 九道岭矿煤的最短自然发火期

2．4 本章小结

3 采空区数值模拟的关键理论

3．1 综放采空区冒落的非均质性

3．1．1 综放采空区的冒落特点

3．1．2 采空区孔隙度的分布规律

3．2 多孔介质内流体渗流定律

3．2．1 风流流动状态判定

3．2．2 线性渗流定律

3．2．3 非线性渗流定律

3．3 RNG k-ε湍流模型方程

3．4 本童小结

4 采空区渗流模型的建立

4．1．2 Fluent求解步骤

4．1．3 UDF简介

4．2 采空区内流体运动的基本方程

4．2．1 质量守恒方程

4．2．2 动量守恒方程

4．2．3 能量守恒方程

4．2．4 多组分(O2-CO2-CH4)质量守恒方程

4．2．5 控制方程的通用形式

4．3 多孔介质模型的设定

4．4 Fluent模拟中的解算设置

4．5 本章小结

5 基于Fluent的综放采空区注CO2防灭火方案模拟及实例分析

5．1 九道岭矿概况

5．2 在Gambit中建立模型及网格划分

5．3 在Fluent中对网格的前处理

5．4 在Fluent中对模拟注CO2防火分析

5．4．1 采空区注CO2前后风压及漏风模拟结果对比

5．4．2 采空区注CO2前后采空区氧浓度、CO2浓度分布模拟结果对比

5．4．3 CO2注口位置的选择

5．4．4 注CO2流量的确定

5．5 液态CO2防灭火系统

5．5 本章小结

结论

展望

参考文献

作者简历

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