上隅角瓦斯治理及采空区漏风流场模拟研究

摘要

由于综合机械化采煤开采强度大、生产集中、推进速度快,形成较大面积的采空区,从而聚集大量的瓦斯,常常造成工作面及回风流(尤其是上隅角)瓦斯超限,严重地制约了整个矿井的安全生产。论文中总结了目前常用的治理上隅角瓦斯的方法,并进行了分析,认识到抽放采空区瓦斯是防止上隅角瓦斯积聚的一个重要途径。对采空区埋管、瓦斯尾巷、高抽巷这三种采空区瓦斯抽放法做了详细的论述,并运用数值模拟软件和相似材料模拟实验模拟了采用这三种抽放方法时采空区内的风流分布,得到实施这三种瓦斯抽放方法后采空区的风流分布图,将其与正常通风时采空区的风流分布图进行比较,发现瓦斯抽放导致了采空区漏风范围的扩大,为采空区遗煤充分供氧,促使自燃氧化范围扩大,大大地增加了采空区自燃的危险性。针对以上三种瓦斯治理方法的不足之处,提出了在采空区设置充填带、在上隅角安设瓦斯专用抽放风筒的新措施,并进行了相似材料模拟实验,得如下结果:在采空区内布置充填带,人为的将采空区分成两部分,既减少了向采空区内漏风的范围,降低了从采空区涌入工作面的瓦斯量,又使氧化带的范围有了明显的缩小,从而可以有效地防治采空区遗煤自燃;在工作面靠近上隅角区域内设置瓦斯专用抽放风筒,对该区域内的高浓度瓦斯进行合理的抽放,既降低了上隅角瓦斯浓度,还可以在满足工作面及人员需要的情况下,通过减少工作面风量,降低工作面两端的压差,最终在防治上隅角瓦斯积聚的同时还降低了采空区自然发火灾害,具有很高的应用推广价值。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 上隅角瓦斯治理研究现状

1.2.2 采空区遗煤自燃与漏风研究现状

1.3 研究的内容与目标

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究目标

1.3.3 研究方法和技术路线

2 采空区瓦斯治理研究

2.1 采空区瓦斯来源及分布规律

2.1.1 采空区瓦斯来源

2.1.2 采空区瓦斯分布及运移规律

2.2 采空区瓦斯抽放方法

2.2.1 采空区瓦斯抽放方法分类

2.2.2 高位钻场抽放瓦斯法

2.2.3 高抽巷抽放瓦斯法

2.2.4 埋管抽放瓦斯法

2.2.5 尾巷抽放瓦斯法

2.2.6 地面钻孔抽瓦斯法

3 综采面采空区数学模型的建立

3.1 控制微分方程的理论意义

3.2 采空区瓦斯流场数学模型的建立

3.2.1 模型概述

3.2.2 采空区气体流态分析

3.2.3 采空区渗流控制方程

3.2.4 采空区瓦斯渗流的数学模型

4 综采面采空区风流场数值模拟

4.1 采空区建模及网格划分

4.2 采空区风流分布数值模拟

4.2.1 采空区只有漏风时的风流分布

4.2.2 采空区设置瓦斯尾巷时的风流分布

4.2.3 采空区设置瓦斯抽放管时的风流分布

4.2.4 采空区设置高抽巷时的风流分布

5 综采面采空区漏风相似材料模拟

5.1 模型简介

5.1.1 相似原理

5.1.2 模型构架

5.1.3 充填材料的选择

5.1.4 对实验台加压

5.1.5 测点布置

5.1.6 数据采集

5.2 模拟结果及结果分析

5.3 治理方案设计与实施

5.3.1 薄及中厚煤层充填带实验

5.3.2 上隅角抽放实验

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集