轻放面采空区煤炭自燃规律数值模拟分析研究

论文摘要

随着综采放顶煤开采技术的日益成熟,大大提高了生产效率,创造了良好的社会经济效益,因此在国内得到了迅速的发展。但放顶煤回采工作面其采空区遗煤自燃现象严重,采高增加,使采空区漏风强度增大,工作面通风难以管理,造成采空区遗煤自燃,影响矿井的安全生产。本文分析研究了煤炭自燃的机理、过程及采空区遗煤自燃“三带”意义及其划分。利用自行设计研制的模拟煤炭氧化热解试验系统对峰峰集团小屯矿的14254的轻放面采空区的煤样进行了实验研究,绘制了各种气体浓度随温度的变化趋势图,确定了轻放面采空区遗煤自燃的标志性气体。对预防采空区煤炭自燃提供了依据。利用空隙介质流体力学的有关原理,对轻放面采空区的动力阻力特性进行了分析,把采空区视为连续的孔隙介质,从而建立采空区气体流动微分方程,找到采空区风阻的分布变化趋势。根据计算机的图论知识,将采空区的空气流动视为滤流场,建立通风网络模型,同时建立通风网络解算的数学模型,并编写程序进行数值模拟解算。求出采空区滤流场通风网络各节点的漏风风速,利用绘图软件绘出采空区自燃“三带”宽度的分布图。针对小屯矿14254轻放面采空区遗煤自燃的情况,提出合理有效的预防和治理的措施,保证矿井的安全高效的生产。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 我国自然发火预测的发展方向
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 技术路线
• 1.6 本章小结
• 第2章 煤炭自燃及采空区自燃“三带”划分
• 2.1 煤炭自燃理论
• 2.1.1 煤炭自燃学说
• 2.1.2 煤炭自燃机理
• 2.1.3 煤的氧化特性
• 2.1.4 自然发火和自然发火期
• 2.1.5 煤炭自燃条件
• 2.1.6 煤炭自燃过程
• 2.1.7 影响煤炭自燃的因素
• 2.2 采空区遗煤自燃“三带”的意义及划分指标
• 2.2.1 采空区遗煤自燃“三带”的意义及划分
• 2.2.2 “三带”的划分指标
• 2.3 本章小结
• 第3章 采空区煤炭自燃的指标气体的预测研究
• 3.1 指标气体
• 3.1.1 指标气体概念
• 3.1.2 常用的指标气体
• 3.2 提高气体分析法预报精度的途径
• 3.2.1 优选指标气体
• 3.2.2 建立适当的预报指标体系
• 3.2.3 改进分析测试手段
• 3.3 试验装置及方法
• 3.3.1 试验装置系统
• 3.3.2 试验方法
• 3.4 试验煤样和试验特点
• 3.4.1 煤样采集及制备
• 3.4.2 试验特点
• 3.5 试验结果与分析
• 3.5.1 试验结果
• 3.5.2 试验分析与结论
• 3.6 本章小结
• 第4章 采空区流场与空气动力阻力特性分析
• 4.1 采空区的气体流动状态及空气动力阻力特性分析
• 4.1.1 采空区的气体流动状态
• 4.1.2 采空区漏风流态及判别准数
• 4.2 采空区空气阻力特性分析
• 4.2.1 采空区漏风的阻力定律
• 4.2.2 采空区漏风风阻
• 4.3 本章小结
• 第5章 采空区自燃“三带”数值模拟
• 5.1 计算机图论术语
• 5.1.1 通风网络的基本术语
• 5.1.2 通风网络的矩阵表示
• 5.2 采空区滤流场网络解算模型的建立
• 5.3 网络解算的数学模型的建立及解算方法
• 5.3.1 数学模型的建立
• 5.3.2 滤流场的解算方法
• 5.3.3 Scott—Hinsley迭代法
• 5.3.4 采空区漏风风速的计算
• 5.4 采空区滤流场通风网络解算
• 5.4.1 数值模拟原始数据的准备
• 5.4.2 程序框图
• 5.4.3 编程语言
• 5.4.4 程序设计
• 5.5 应用实例分析
• 5.5.1 模拟工作面的概况
• 5.5.2 自燃“三带”的分布模拟
• 5.6 本章小结
• 第6章 采空区煤炭自燃的预防与治理技术
• 6.1 引言
• 6.2 煤自燃预测预报技术
• 6.2.1 煤自燃的预测技术
• 6.2.2 煤自燃的预报技术
• 6.3 煤自燃治理技术
• 6.3.1 通风控制防火技术
• 6.3.2 封堵工作面上下隅角
• 6.3.3 插管注浆技术
• 6.3.4 工作面回采结束后封堵措施
• 6.3.5 均压防灭火技术
• 6.3.6 加快工作面推进速度
• 6.3.7 凝胶灭火技术
• 6.4 制定的防火措施
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 发表论文和参加科研情况