工作面瓦斯抽放技术与采空区防火相似模拟实验研究

摘要

本项研究针对井下采空区岩石冒落形成的多孔隙介质空间的极度不规则性,提出了模糊渗透系数的概念,建立了一种以模糊分析和模糊微分方程为基础的及各种边值为条件的,计算采场气体模糊渗流问题的数学模型。该项理论研究成果为预防采空区自然发火和综采工作面瓦斯治理提供了有效的途径,对采场内自然发火位置的预测和工作面瓦斯治理有较好的理论价值和指导意义。本项研究制作了相似模拟模型,针对采空区自然发火问题和工作面瓦斯治理进行了多项模拟实验,观测并绘制了不同风量下采空区风压等值线及风流分布图;绘制了采空区不同位置漏风情况下风压等值线及风流分布图;绘制了上隅角设置瓦斯抽放风筒后采空区风压等值线及风流分布图;设计了采空区充填带,并获得了采空区风压等值线及风流分布图。论述了风量、风压、漏风带、充填带、对采空区自然发火的影响,形象地验证了上述理论的正确性,取得了较好的效果。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状综述

1.2.1 采空区自然发火规律的研究现状

1.3 论文的研究思路及方法

1.4 论文研究内容

1.5 研究的特点和意义

2 采场模糊渗流数学模型的建立

2.1 采空区气体流动状态与渗流模型

2.1.1 不规则孔隙介质空间的分析方法

2.1.2 线性渗透定律

2.1.3 采空区气体流动方程及易自燃风速区的控制

2.2 采空区气体模糊渗流方程的建立

2.3 具有三角值模糊渗透系数的采场渗流方程近似解

2.4 模糊渗流问题的有限元解法

3 模糊渗流模型在采空区自然发火预测与控制中的应用

3.1 应用模糊渗流问题采空区自燃位置的预测分析

3.2 随机集与随机集落影

3.2.1 普通随机集与随机集落影

3.2.2 模糊随机集与模糊随机集落影

3.3 发火位置的静态模糊分析

3.3.1 模糊自然发火期与采空区内发火期区域 D_f的确定

3.3.2 模糊易自燃风速区域

3.3.3 采空区Ω上的模糊氧化区

3.3.4 采空区Ω上发火位置的静态模糊分析模型

3.4 发火位置的动态模糊分析

3.4.1 煤氧化过程中温度与时间的关系

3.4.2 动态模糊分析法

4 采空区自然发火位置预测模型的相似模拟研究

4.1 概述

4.2 相似原理

4.3 相似准则

4.4 采场自然发火相似模型与模拟

4.4.1 模型简介

4.4.2 充填材料的选择

4.4.3 对实验台的加压

4.4.4 实验台充填带的设置

4.4.5 测点布置

4.4.6 数据采集

4.5 模拟结果及验证分析

4.6 本章小结

5.上隅角瓦斯的治理

5.1 概述

5.2 上隅角瓦斯超限原因分析

5.3 工作面回风流瓦斯的组成

5.3.1 工作面回风流瓦斯来源分析

5.3.2 采空区瓦斯涌出分析

5.4 上隅角瓦斯涌出的特点

5.5 选择瓦斯抽放合理位置的依据

5.6 抽放风筒的选择

5.7 上隅角瓦斯抽放实验

5.7.1 上隅角瓦斯抽放模型

5.7.2 模拟结果及验证分析

5.8 工作面瓦斯抽放与采空区自然发火的关系

5.9 本章小结

6 结论与展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集