柠条塔矿浅埋煤层综采面采空区漏风规律研究

论文摘要

采空区漏风供氧是造成采空区遗煤自燃的主要原因。陕西省神木柠条塔矿为浅埋煤层开采,受采动影响,极易造成地表塌陷,形成采空区地表漏风。因此,研究柠条矿浅埋煤层采空区漏风规律,对于其后期生产与灾害防治有着指导意义。本文以柠条塔煤矿2-2煤层N1201综采工作面作为主要研究对象,采用理论研究、现场实地观察与数据观测,结合数值模拟方法对综采工作面采空区地表漏风规律开展研究。首先,通过对柠条塔地质、地貌资料分析,对采空区地表裂隙分析,按照对地表裂隙影响,将地表至采空区的顶板冒落区域划分为自由冒落区域,顶板断裂区域以及地表沙土自由松散区域,得出柠条塔矿采空区地表裂隙沉降特性;然后,对现场开展实地观测。通过地表布点并释放示踪气体SF6,在井下检测,进而得出N1201工作面采空区地表漏风通道,分析漏风强度;通过分析采空区氧气浓度变化,得出变化规律,为进一步漏风分析提供数据支持。其次,结合前面对柠条塔N1201工作面采空区地表裂隙规律的研究结果,以及对采空区漏风通道测定及观测结果,对采空区地表漏风参数进行适当简化,建立地表多孔渗流数学和物理模型。最后,根据柠条塔矿漏风数值模型,采用CFD软件FLUENT对采空区压力分布及氧气浓度分布规律进行数值模拟,进一步对采空区漏风规律进行分析。通过对柠条塔浅埋煤层漏风规律模拟与分析,得出了在柠条塔矿区2-2煤层综采采空区的自燃危险区域,为其正常开采对采空区煤炭自燃提供防治依据,对于类似条件的矿井安全生产有一定的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 浅埋煤层采动裂隙研究现状
• 1.2.2 采空区渗流力学研究现状
• 1.2.3 漏风测定技术研究现状
• 1.2.4 采空区地表漏风模型研究
• 1.2.5 计算机数值模拟法
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 研究方法与技术路线
• 2 柠条塔矿采空区漏风裂隙分布规律研究
• 2.1 柠条塔矿概况
• 2.1.1 矿区概况
• 2.1.2 地貌及地质特征
• 2.1.3 开采工作面情况
• 2.2 浅埋煤层采空区地表裂隙成因理论分析
• 2.2.1 采空区顶部裂隙产生原因
• 2.2.2 地表移动及移动盆地
• 2.2.3 移动盆地的形成过程及种类
• 2.2.4 移动盆地的主断面及其特征
• 2.3 柠条塔煤矿采空区顶部产生裂隙现状分析
• 2.3.1 煤层顶板稳定性分析
• 2.3.2 N1201 工作面地表裂隙分析
• 2.3.3 柠条塔矿开采沉陷形成裂隙的特点分析
• 2.4 采空区渗流简化物理模型的建立
• 2.4.1 采空区压力分布
• 2.4.2 采空区空隙率分布
• 2.4.3 松散煤岩渗透系数
• 2.4.4 渗流区域物理模型
• 2.5 本章小结
• 3 采空区漏风与气体浓度分布实验研究
• 3.1 观测工作面概况
• 6 地表漏风裂隙漏风规律测定'>3.2 SF₆地表漏风裂隙漏风规律测定
• 3.2.1 示踪气体性质
• 3.2.2 测定方法
• 3.2.3 柠条塔矿地表裂隙漏风分析
• 3.2.4 柠条塔煤矿地表漏风参数分析
• 3.3 N1203 工作面采空区气体浓度观测
• 3.3.1 观测目的及主要观测参数
• 3.3.2 观测点布置方案
• 3.3.3 观测结果
• 3.3.4 采空区气体浓度观测结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 采空区气体渗流数值模拟研究
• 4.1 松散煤岩体传质及其数学模型
• 4.1.1 松散煤岩体内传质
• 4.1.2 渗流及扩散数学模型
• 4.1.3 氧气浓度方程
• 4.1.4 控制方程及边界条件
• 4.2 综采采空区渗流数值模拟
• 4.2.1 FLUENT 软件简介
• 4.2.2 三维建模及网格划分
• 4.2.3 边界条件设定
• 4.3 数值模拟结果分析
• 4.3.1 采空区渗流速度及方向
• 4.3.2 采空区漏风强度分布规律
• 4.3.3 采空区氧气浓度分布
• 4.4 地表漏风对采空区自燃影响性分析
• 4.4.1 采空区遗煤自燃危险区域判定条件
• 4.4.2 漏风条件下综采面采空区自燃危险分析
• 4.4.3 预防采空区自燃的安全推进速度
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录