长平矿反风期间瓦斯浓度变化规律研究

摘要

矿井反风是指井下发生火灾或爆炸事故时，利用预设的反风设施改变火灾烟流方向、限制灾区范围、安全撤退受烟流威胁人员的一种安全技术措施。当矿井在进风井口附近、井筒、井底车场及其附近的进风巷道或硐室发生火灾、瓦斯或煤尘爆炸时，为限制灾区范围扩大，防止烟流流入人员集中的生产场所，以便进行灾害处理和救护工作，有时需要改变矿井的风流方向，即矿井反风。研究反风期间瓦斯涌出规律在煤矿安全生产和防灾中有重要的意义。
　　应用TF1M(3D)软件对矿井进行仿真模拟，通过模拟得到全矿井瓦斯，尤其是采煤工作面在反风期间瓦斯涌出量的变化规律。反风过程中，矿井风量重新分布，流经工作面的风流经历“减少—停滞—反向”的过程。在此期间，风流对工作面涌出瓦斯的稀释作用减弱，同时含有瓦斯的“进风”风流与工作面涌出的瓦斯汇合，相互叠加，出现瓦斯浓度高峰，很可能造成工作面瓦斯超限，甚至瓦斯高峰浓度大于5％，进入爆炸限，当火灾烟流经过时甚至可能发生瓦斯爆炸。反风期间瓦斯高峰浓度运移变化是非稳定的动态过程，TF1M(3D)可视化描述了这个变化过程。模拟得到，最高的瓦斯浓度高峰值过后，瓦斯浓度一般呈台阶式的下降变化，每个台阶既是一段相对平稳的变化规律，与矿井巷道网络结构有关，这个复杂过程只能通过仿真得到。TF1M(3D)为矿井在反风期间瓦斯含量动态预测和控制提供了方便的仿真平台。为避免长平矿在反风期间发生瓦斯超限，提出了不同的反风方案。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文的研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外关于反风发展过程和研究现状

1．2．2 国内矿井关于反风发展过程和研究现状

1．3 论文的研究内容

1．4 论文的主要技术路线

2 通风网络解算数学模型及算法

2．1 通风网络解算研究现状

2．2 外源气体在巷道中的传播方程

2．3 巷道气体扩散问题的有限元分析

2．4 单分支巷道中外源气体传播的模拟计算

2．5 通风网络中外源气体传播的模拟应用

2．6 通风网络解算数学模型

2．6．1 通风网络解算计算预处理

2．6．2 通风网络的基本定律

2．6．3 通风阻力定律

2．7 通风网络风流分配算法

2．7．1 Barezyk法(S．Barczyk，1935)

2．7．2 Cross法(H．Cross，1936)

2．8 矿井通风网络解算理论

2．8．1 流体网络的生成树与回路确定

2．8．2 回路法求解通风网络概述

2．8．3 牛顿-拉夫森法求解回路风压方程组

2．8．4 确定通风机工作特性方程

2．8．5 风机工况点求解

3 矿井通风网络模型建立与反风期间瓦斯含量解算

3．1 模拟矿井反风期间瓦斯含量变化TF1M(3D)软件简介

3．2 长平煤矿通风网络模型建立与解算

3．2．1 井田概况

3．2．2 长平矿井通风3D模型建立与网络解算

3．2．3 长平矿井反风前通风机主要参数及工况点分析

3．3 长平矿全矿井反风前瓦斯含量分布情况

4 反风时工作面瓦斯绝对涌出量变化情况

4．1 反风时通风机特性曲线及工况点分析

4．2 工作面瓦斯含量变化模拟

5 反风期间工作面瓦斯异常涌出浓度控制措施模拟分析

5．1 矿井通风实施安全反风的判定准则

5．2 反风期间矿井瓦斯异常涌出情况的仿真分析

结论

展望

参考文献

作者简历

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