抽采条件下上隅角瓦斯积聚特性研究

摘要

上隅角瓦斯积聚及超限问题，是困扰煤矿安全生产的一大难题，在现场生产条件下，由采空区涌出的瓦斯、工作面配风量、以及对采空区瓦斯抽采的流量等，共同作用到工作面上隅角位置，使其空气中瓦斯浓度变化随某些因素影响程度发生变化。此外，有的矿井在工作面布置有高抽巷道，以缓解采空区瓦斯对上隅角瓦斯超限问题，使得工作面瓦斯积聚问题影响因素和作用程度复杂化，因此，研究工作面配风与瓦斯抽采之间的配置参数对解决上隅角瓦斯超限问题有着重要的意义，本文引入风排瓦斯比作为上隅角瓦斯超限的研究指标，在现场调研基础上，通过建立模型，采用数值分析方法，研究矿井工作面瓦斯积聚的特性。
　　本文以靖远煤电大水头煤矿东一采区108工作面作为研究对象，系统地分析了采空区岩体垮落特征、抽采条件下采空区瓦斯运移特征，用ANSYS Fluent14.5软件模拟研究了采空区瓦斯浓度场分布规律及运移规律。在尽可能结合现场实际的情况下，模拟研究了无回风顺槽高位钻孔抽采的条件下（变化不同的工作面配风量以及抽采能力系数）风排瓦斯比（风排瓦斯量与工作面绝对瓦斯涌出量之间之比）与上隅角瓦斯浓度之间的关系；有回风顺槽高位钻孔抽采的条件下风排瓦斯比与上隅角瓦斯浓度之间的关系。通过两组模型的综合论证，得出了上隅角瓦斯浓度超限时对应的风排瓦斯比的临界值，这一成果对治理矿井瓦斯灾害有重要的指导作用。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容及技术路线

2采空区瓦斯运移影响因素

2.1采空区煤岩体垮落特征分析

2.2 采空区瓦斯来源分析

2.3影响采空区瓦斯涌出的主要因素

2.4 本章小结

3采空区瓦斯运移规律分析

3.1 多孔介质理论

3.2煤层瓦斯赋存及流动

3.3 涌出瓦斯在采空区运动特征

3.4 本章小结

4 抽采条件下采空区瓦斯运移数学模型

4.1 连续性方程

4.2 三维瓦斯渗流运动方程

4.3 抽采条件下的气体渗流微分方程

4.4 抽采条件下三维混合气体扩散方程

4.5 Fluent软件介绍

4.5 本章小结

5 东一采区108工作面采空区瓦斯数值模拟研究

5.1 大水头煤矿东一采区108面基本情况

5.2 东一采区108工作面瓦斯抽采规律分析

5.3 无回风顺槽高位钻孔抽采条件下的数值模拟研究

5.4 有回风顺槽高位钻孔抽采条件下的数值模拟研究

5.5 模拟结果综合分析

5.6 本章小结

6 结论及展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录