复杂冒落模型采空区多场分布特征及防火对策研究

摘要

为进一步研究综放采空区的自然发火规律及自燃与瓦斯灾害防治问题，论文针对山西寿阳段王煤矿150405大采高工作面，构建“双三”模型，即优化三维“O”型圈采空区冒落非均质多孔介质数学模型及两进一回偏“W”型特殊通风方式下的三维综放采空区物理模型，重点考虑重力作用和采空区垂直方向上的孔隙率变化，并实现了孔隙率的三维可视化。通过煤样实验，收集实验数据并处理，得出采空区遗煤的耗氧规律。运用FLUENT软件加载自定义UDF（耗氧公式、多孔介模型等）对采空区气体压力分布、漏风场及氧气、瓦斯分布情况进行数值模拟。
　　模拟结果得出与实际情况相吻合的采空区气体压力分布、合理漏风量范围内的风流场分布，其中重点分析不同冒落多孔介质模型下的瓦斯浓度分布规律。考虑复杂冒落模型采空区的数值模拟，采空区瓦斯的积聚现象（未抽采条件下）不仅出现在采空区顶部，在距底板35～40m范围以后就大量上浮积聚，且浓度很高的瓦斯分布特征新规律，为瓦斯下一步抽采提供重要指导。其次拓展分析不同工作面角度对采空区瓦斯涌出及自燃“三带”的影响作用，接着分析优化孔隙率采空区瓦斯抽采后的多场特征，得出了与实际相符的抽采速度，且模拟结果与实测吻合，印证了数值模拟的实用性与可靠性。最后通过氧气浓度分析得出采空区自燃“三带”的划分规律，并对采空区自燃危险性做出安全性评价，得出采空区自燃氧化升温带的最大宽度大约为80m，在保证采空区内不发生自燃安全条件下最低推进度为0.68m/d。
　　通过相关数值模拟分析及采空区自燃“三带”划分结果，提出基于“三带”自然发火的防治措施及常规的自燃防治措施。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题的背景及研究目的和意义

1．1．1 选题的背景

1．1．2 论文的研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 采空区冒落规律研究现状

1．2．2 采空区自燃与瓦斯灾害治理研究现状

1．3 论文研究内容、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 采空区冒落分布规律研究

2．1 采空区冒落非均质性

2．1．1 采空区冒落分布规律

2．1．2 采空区多孔介质孔隙率二维模型

2．1．3 采空区多孔介质孔隙率三维连续化模型

2．2 采空区多孔介质模型的建立

3 采空区数值模拟的理论基础研究

3．1 采空区流体流动基本控制方程

3．2 采空区组分输运模型的构建

3．3 采空区煤样封闭耗氧实验与分析

3．3．1 采空区煤样的封闭耗氧实验

3．3．2 采空区煤样的封闭耗氧实验升温规律

3．4 采空区遗煤自燃“三带”的划分方法及安全性评价原理

3．4．1 采空区遗煤自燃“三带”的划分方法

3．4．2 采空区自燃安全性评价原理

3．5 采场瓦斯涌出运移规律

3．5．1 采场瓦斯源分析

3．5．2 采场瓦斯运移规律

4 采空区多场分布特征数值模拟及实测对比分析

4．1 FLUENT软件简介

4．1．1 FLUENT软件组成

4．1．2 UDF简介

4．2 段王矿150405工作面概况

4．3 采空区模型建立

4．4 采空区数值模拟简化假设

4．5 数值模拟中的解算设置

4．6 数值模拟结果与分析

4．6．1 不同冒落模型对采空区多场分布影响分析

4．6．2 工作面角度与采空区瓦斯分布、自燃灾害关联拓展探究

4．6．3 瓦斯抽采后采空区多场特征研究

5 采空区自燃三带的划分结果分析与自然发火防治

5．1 150405工作面采空区自燃“三带”划分

5．2 150405工作面采空区自燃危险性的评价

5．3 采空区自然发火防治措施

5．3．1 基于自燃“三带”的采空区自燃防治措施

5．3．2 段王矿常规的火灾防治措施

6 结论

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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