高瓦斯易自燃煤层综放工作面采空区瓦斯治理技术研究

论文摘要

本文以山西佳新煤矿1504工作面采空区上隅角瓦斯严重超限的情况为背景,对该高瓦斯易自燃综放工作面进行了现场观测。针对该工作面高瓦斯易自燃的特点,首先分析了各种采空区瓦斯治理技术和采空区自燃火灾治理技术,比较了各种治理措施的优缺点,优先选择抽采技术以兼顾瓦斯治理和防火。随后对抽采技术的理论基础—采空区漏风规律的研究状况进行了综述。根据高瓦斯综放工作面采空区所体现的特征,利用渗流力学相关理论和实验,结合综放采空区瓦斯运移特性和采空区自燃“三带”影响因素,以高瓦斯综放工作面现场观测数据为基础,对该高瓦斯易自燃综放采空区的氧浓度、瓦斯浓度、孔隙分布、渗透系数、压力分布、耗氧速度等参数进行数据拟合；并利用采空区风流渗流模型和松散煤岩体中氧浓度场、瓦斯浓度场的数学模型,建立了高瓦斯易自燃综放采空区漏风流场数学模型,通过ANSYS中FLUENT软件对高瓦斯易自燃综放采空区漏风状况进行数值模拟。模拟结果比较接近现场实际。结合现场观测和模拟的结果对采空区漏风规律进行了总结,进而运用这些结果分析高瓦斯易自燃综放采空区上隅角瓦斯严重超限的原因和指导现场采空区瓦斯治理和采空区火灾防治工作,取得了较好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• Contents
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题的目的及意义
• 1.3 采空区上隅角瓦斯积聚成因
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 采空区瓦斯治理技术
• 1.4.2 采空区自燃治理技术
• 1.4.3 小结
• 1.4.4 采空区漏风规律研究技术
• 1.5 研究内容和技术路线
• 2 采空区自燃三带影响因素分析
• 2.1 传统采空区自燃三带的影响因素
• 2.1.1 采空区浮煤厚度
• 2.1.2 采空区氧浓度
• 2.1.3 采空区漏风强度
• 2.1.4 孔隙率
• 2.1.5 渗透系数
• 2.1.6 工作面推进速度
• 2.2 采空区自燃"三带"理论及划分依据
• 2.3 瓦斯抽采对采空区自燃三带的影响
• 2.3.1 工作面风量对自燃三带的影响
• 2.3.2 瓦斯抽采对采空区漏风的影响
• 2.3.3 采空区瓦斯对氧气的稀释作用
• 2.4 小结
• 3 采空区瓦斯运移规律
• 3.1 采空区瓦斯运移规律的理论基础
• 3.1.1 砌体梁关键层理论
• 3.1.2 砌体梁"O"形圈理论
• 3.2 采空区垮落特征
• 3.2.1 综放面采空区跨落分区
• 3.2.2 采空区垮落岩体碎胀系数
• 3.3 采空区瓦斯运移特性
• 3.3.1 采空区瓦斯的升浮特性
• 3.3.2 采空区瓦斯的扩散特性
• 3.4 综放采空区瓦斯运移规律
• 3.5 本章小结
• 4 采空区漏风流场数学模型
• 4.1 采空区风流渗流模型
• 4.2 采空区瓦斯分布模型
• 4.3 采空区氧气分布模型
• 4.4 求解条件
• 4.4.1 定解条件
• 4.4.2 边界条件
• 4.5 本章小结
• 5 高瓦斯易自燃综放采空区漏风流场数值模拟
• 5.1 高瓦斯易自燃综放采空区物理模型
• 5.2 ANSYS中Fluent软件介绍
• 5.2.1 求解过程
• 5.2.2 求解器选择
• 5.3 网格划分
• 5.4 UDF函数
• 5.5 模拟结果
• 5.5.1 压力分布
• 5.5.2 瓦斯浓度分布
• 5.5.3 氧气浓度分布
• 5.5.4 漏风强度分布
• 5.5.5 结果分析
• 5.6 本章小结
• 6 采空区漏风规律在采空区瓦斯治理中的应用
• 6.1 佳新矿1504工作面概况
• 6.2 1504工作面发火事故
• 6.2.1 发火过程
• 6.2.2 发火原因
• 6.3 1504工作面瓦斯情况
• 6.3.1 瓦斯来源分析
• 6.3.2 瓦斯涌出特点
• 6.4 采空区瓦斯治理方案
• 6.4.1 上隅角埋管
• 6.4.2 回风顺槽钻场穿层钻孔
• 6.4.3 回风顺槽高位钻场
• 6.4.4 措施巷钻场穿层钻孔
• 6.4.5 抽采效果分析
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果