并列双U型通风不同风量配比下采空区瓦斯运移规律的研究

摘要

工作面瓦斯涌出的重要来源之一是大量采空区瓦斯随漏风流涌出，尤其是采空区瓦斯随漏风流进入上隅角，致使上隅角瓦斯积聚超限，对采空区瓦斯涌出和上隅角瓦斯治理的研究已成为煤炭工业研究的重要内容。
　　本文主要针对采空区瓦斯分布规律和工作面瓦斯浓度尤其是上隅角的瓦斯超限的问题，用寺河矿XV1301综采工作面作为研究对象，通过对寺河矿XV1301综采工作面瓦斯的监测和资料的收集整理。根据XV1301综采工作面的基本情况，通过对采空区中的岩层的岩性的分析，将采空区划分为“横三区、竖三带”并确定出“横三区、竖三带”每个区域相对应的孔隙率、源相与粘性阻力系数。通过对寺河矿XV1301综采工作面监测数据及相关资料的分析计算XV1301综采工作面及采空区“横三区、竖三带”的瓦斯涌出量，主进风巷、辅助进风巷和另一进风巷的进口风速与主回风巷和辅助回风巷出口压力等。依据对XV1301综采工作面的结果分析以及采空区进行了相应的简化，建立CFD模型，模拟对比分析了若XV13013主进风巷风量不变的情况下XV13011辅助进风巷风量和XV13015另一进巷风量的比值为2∶1，3∶1和4∶1时对采空区流场及瓦斯运移特征的影响。研究表明在并列双U型通风方式下，若XV13011辅助进风巷风量和XV13015另一进风巷风量配比近似为3∶1时，由于上隅角与其附近区域的压力差值小于辅助回风巷与联络巷于其附近区域的压力差值，致使工作面上隅角附近区域的瓦斯能够随漏风进入联络巷后进入辅助回风巷经另一进风巷的进风排出，并且上隅角与其附近区域的压力差值与辅助回风巷与联络巷于其附近区域的压力差值相比较适合，致使不会导致辅助回风巷的瓦斯超限。这一研究为瓦斯治理与辅助进风巷和另一进风巷之间的风量配比优化的研究提供一定的理论支撑和实践意义。
　　由于V13011辅助进风巷风量和XV13015另一进风巷风量配比为3∶1近似为最优配风比，所以在XV13011辅助进风巷风量和XV13015另一进风巷风量配比为3∶1时，对工作面采用并列双U型采空区的高浓度瓦斯区域进行分析，进而确定了在工作面采用并列双U型通风采空区内高浓度瓦斯聚集区域。即沿工作面推进方向距离工作面185～335m之间，沿工作面宽度方向距离回风侧40m的区域内，距离煤层底板高度为30～50m区域为采空区瓦斯高浓度区域，为工作面采空区瓦斯抽采的最佳合理区域，为防止采空区瓦斯向工作面涌出使工作面瓦斯积聚以及选择合理的瓦斯抽采区域和采空区瓦斯抽采方式提供了一定的理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．3 针对本论文的国内外研究现状

1．3．1 工作面通风方式的研究现况

1．3．2 CFD数值模拟技术在采场流场数值模拟中的应用现状

1．4 本文研究的主要内容和运用的方法

1．4．1 主要研究的内容

1．4．2 本文研究主要运用的方法

第二章 综采面采空区瓦斯流场数学模型研究

2．1 采空区岩体破坏基本规律的研究

2．1．1 岩石的碎胀性

2．1．2 关键层理论

2．1．3 竖直方向“三带”理论

2．1．4 水平方向“三区”理论

2．2 采空区瓦斯流动理论基础

2．2．1 多孔介质理论及简化假设

2．2．2 瓦斯在多孔介质中的运移状态

2．2．3 扩散—渗流理论

2．3 本章小结

第三章 工作面及采空区瓦斯涌出量分析

3．1 工作面及采空区瓦斯涌出量分析

3．1．1 本煤层瓦斯涌出量分析

3．1．2 邻近层瓦斯涌出量分析

3．1．3 回采工作面瓦斯涌出量分析

3．2 寺河矿XV1301综采工作面的基本情况介绍

3．3 寺河矿XV1301工作面及采空区瓦斯涌出量的确定

3．3．1 寺河矿XV1301工作面瓦斯涌出总量分析

3．3．2 寺河矿XV1301工作面和采空区瓦斯涌出量具体分析

3．4 本章小结

第四章 并列双U型通风方式CFD模拟及结果分析

4．1 FLUENT软件介绍及功能

4．1．1 FLUENT计算的基本结构

4．1．2 用FLUENT程序求解问题的步骤

4．1．3 解算守恒控制方程

4．1．4 湍流模型

4．1．5 FLUENT提供的边界条件

4．2 采空区瓦斯运移规律的假设条件

4．3 采空区气体运移模型

4．4 采空区气体的运移方程

4．5 XV1301综采工作面工作面及采空区模型的建立

4．5．1 XV1301综采工作面巷道的具体参数

4．5．2 XV1301综采工作面模型的假设条件

4．5．3 XV1301综采工作面巷道各组分气体运移的数学模型

4．5．4 XV1301综采工作面及采空区的具体参数的确定

4．5．5 XV1301综采工作面采空区各区域的孔隙率的确定

4．5．6 XV1301综采工作面采空区各区域的瓦斯涌出量的确定

4．5．7 XV1301综采工作面采空区各分区的粘性阻力系数的选取

4．5．8 XV1301综采工作面边界条件的确定

4．6 XV1301综采工作面不同风量配比情况下的采空区瓦斯分布规律

4．7 采空区瓦斯高浓度区域

4．8 结论及分析

4．9 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要的研究工作及结论

5．2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文