采空区渗流综合模拟实验台研究

摘要

采用现场实测和数值计算的方法对采空区进行研究有一定的局限性，模型实验方法可进行单因素因素分析，省时、省力、节省材料等优势，并且可以弥补数学分析的不足。本文通过理论研究与实验设计结合，致力于建立能够真实反应采空区渗流规律的采空区模拟实验平台。
　　本文总结分析了前人采空区模拟实验特点及不足，根据矿压理论，论述了采空区煤岩结构及特点，介绍了冒落带的高度及碎胀特征。以多孔介质流体动力学为基础，阐述了采空区内气体渗流理论。
　　以相似理论为指导，给出了采空区模型实验应该遵循的单值条件。使用方程分析法对实验台建立应遵循的相似准则进行了推导和分析，给出了各相似准则的处理方法。在采空区空间满足雷诺准则的前提下推导出边界条件参数，确保实验台内气体流动状态与原型相符。
　　设计制作了多孔介质一维渗透特性测试装置，通过该装置能够可测得不同介质的渗流参数，确定渗流运动方程。装置作为综合模拟实验台的一部分，为定量控制实验台采空区介质的渗透参数提供支持。
　　综合模拟实验台以实际采空区为原型，相似比例为1∶100，钢制结构。可对多种几何、物理参数进行调整，如采空区高度、倾角，工作面通风方式，工作面风阻、风量、两端压力，介质渗透率分布等。设置气体释放系统，可模拟不同情况下的采空区漏风，瓦斯涌出及有毒有害气体的生成。实验平台使用自动化的监测系统，能够对采空区的压力，气体浓度，温度参数进行数字化的采集和处理。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 采空区渗流理论研究现状

1．2．2 采空区相似模型研究现状

1．3 论文主要研究内容、技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 采空区基本特征

2．1 采空区煤岩结构

2．1．1 采空区煤岩结构分区

2．1．2 “竖三带”煤岩结构及特征

2．1．3 “横三区”覆岩结构及特征

2．2 多孔介质理论

2．2．1 多孔介质的定义

2．2．2 孔隙率、表征体元及多孔介质连续方法

2．2．3 速度与比流量

2．3 采空区渗流理论

2．3．1 线性渗流理论

2．3．2 非线性渗流理论

2．3．3 采空区渗透率

2．4 本章小结

3 相似理论与模型试验

3．1 模型试验的意义及优点

3．2 相似理论

3．3 相似准则

3．3．1 相似准则概念

3．3．2 流体力学常用相似准则

3．4 采空区综合模拟实验台相似分析

3．4．1 单值条件相似

3．4．2 采空区综合模拟实验台相似准则分析

3．5 本章小结

4 多孔介质一维渗透特性测试

4．1 测试装置目的

4．2 实验装置

4．3 实验过程

4．4 线性渗流特性

4．5 非线性渗流特性

4．6 本章小结

5 采空区综合模拟实验台技术方案

5．1 采空区综合模拟实验台设计目的、要求

5．2 采空区综合模拟实验台模块划分

5．3 主体部分设计

5．3．1 实验台总体结构及尺寸

5．3．2 采空区填充材料

5．3．3 采空区支撑及移动机构

5．4 通风系统

5．4．1 巷道设计

5．4．2 调节装置

5．4．3 风机选型

5．5 数据测试系统

5．5．1 测点设计

5．5．2 流迹观测

5．5．3 压力测试系统

5．5．4 气体采集、测试系统

5．6 气体释放系统

5．7 本章小结

结论

参考文献

作者简历

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