双巷掘进工作面煤壁瓦斯涌出规律研究

论文摘要

本文主要研究双巷掘进工作面煤壁瓦斯涌出规律。按照瓦斯来源的不同把双巷掘进工作面煤壁瓦斯涌出分为无限瓦斯流场瓦斯涌出和有限瓦斯流场瓦斯涌出2部分,研究其各自的瓦斯涌出规律,最后提出适合双巷掘进工作面煤壁瓦斯涌出量预测的方法。首先系统的分析瓦斯在煤层中的赋存及流动理论,理论推导煤壁单向流动瓦斯涌出量的微分方程式。然后根据无限瓦斯流场微分方程的边界条件、初始条件推导无限瓦斯流场瓦斯涌出规律。由于有限瓦斯流场边界受瓦斯赋存、地域差别的影响,边界条件的确定必须根据实际情况而定,所以作者根据端氏煤矿3104双巷掘进工作面实际情况,建立数学模型,应用COSMOSFlow软件对有限瓦斯流场瓦斯涌出时压力分布进行数值模拟,确定有限瓦斯流场瓦斯涌出规律微分方程的边界条件、初始条件。在已知有限瓦斯流场瓦斯涌出的边界条件、初始条件的情况下,在Microsoft Visual Studio 2005环境下运用C#语言编写计算机程序,开发计算微分方程的计算工具,得出随时间变化的特定边界条件、初始条件下的不同瓦斯涌出量。根据不同时间所对应的瓦斯涌出量数值进行指数函数的回归,得出有限瓦斯流场瓦斯涌出规律。最后使用自己加工的壁罩,采用壁罩法对不同流场瓦斯涌出规律进行现场测定,推算其涌出规律,与理论推导结果进行对比分析,理论与实际情况相符,进而得到双巷掘进工作面煤壁瓦斯涌出量的计算公式和由瓦斯涌出量的变化规律而计算出的不同瓦斯流场煤壁瓦斯涌出的有效瓦斯排放天数。并将其应用于3104胶带顺槽和3103胶带顺槽瓦斯涌出规律的计算,得出结果与煤矿统计资料对比,相对误差在10%左右,可在实践中应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 当前国内外研究历史及现状
• 1.2.1 瓦斯涌出规律研究的成果
• 1.2.2 掘进工作面煤壁瓦斯涌出规律研究现状
• 1.3 存在的问题及研究内容
• 1.3.1 存在的问题
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.3.3 研究技术路线
• 1.4 研究特色
• 2 煤壁瓦斯涌出规律理论分析
• 2.1 煤层瓦斯的赋存
• 2.1.1 煤中瓦斯的赋存状态
• 2.1.2 煤的吸附理论
• 2.1.3 煤的吸附性及其影响因素分析
• 2.2 瓦斯在煤层中的运移规律
• 2.2.1 流体在多孔介质中的运移
• 2.2.2 瓦斯在煤层中的运移
• 2.2.3 瓦斯流场的分类
• 2.3.4 影响瓦斯流动的主要参数
• 2.3 煤壁瓦斯涌出特征及规律
• 2.3.1 煤壁瓦斯涌出特征
• 2.3.2 煤壁瓦斯涌出规律
• 3 实验矿井瓦斯基础参数测定
• 3.1 现场实验地点概况
• 3.1.1 煤层赋存
• 3.1.2 井田地质构造
• 3.1.3 井田开拓
• 3.1.4 通风现状
• 3.1.5 实验工作面情况介绍
• 3.2 瓦斯基础参数的测定
• 3.2.1 瓦斯含量测定
• 3.2.2 瓦斯压力的测定
• 3.2.3 瓦斯含量系数测定
• 3.2.4 钻孔自然瓦斯涌出特征的测定
• 3.2.5 煤层透气性系数测定
• 4 瓦斯流场规律研究
• 4.1 无限瓦斯流场瓦斯涌出规律推导
• 4.2 有限瓦斯流场瓦斯涌出规律推导
• 4.2.1 压力值现场测定
• 4.2.2 煤壁瓦斯压力分布的数值模拟
• 4.2.3 微分方程求解
• 5 现场考察及新计算方法的提出
• 5.1 实验方法的选择
• 5.2 实验设备的加工
• 5.3 无限流场瓦斯涌出规律的考察
• 5.4 有限瓦斯流场的现场考察
• 5.5 双巷掘进煤壁瓦斯涌出预测计算公式及现场考察
• 5.6 双巷掘进煤壁瓦斯涌出预测方法的考察
• 6 结论
• 参考文献
• 附录I
• 附录II
• 致谢