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顶板巷瓦斯抽采诱导遗煤自燃机制及扰动效应研究

中文摘要第3-5页
英文摘要第5-7页
1 绪论第13-27页
    1.1 研究背景与意义第13-15页
    1.2 国内外研究现状第15-21页
        1.2.1 卸压瓦斯抽采研究现状第16-17页
        1.2.2 采空区煤自燃研究现状第17-20页
        1.2.3 瓦斯与煤自燃复合灾害研究第20-21页
    1.3 研究目标与内容第21-23页
        1.3.1 研究目标第22页
        1.3.2 研究内容第22-23页
    1.4 研究方法及技术路线第23-27页
        1.4.1 研究方法第23页
        1.4.2 技术路线第23-27页
2 顶板巷瓦斯抽采下遗煤自燃多场环境识别第27-41页
    2.1 顶板巷瓦斯抽采技术概述第27-29页
    2.2 采空区破碎煤体堆积环境分析第29-33页
        2.2.1 多场环境第29-30页
        2.2.2 采空区固相环境第30页
        2.2.3 采空区水环境第30-31页
        2.2.4 采空区气相环境第31页
        2.2.5 气-液-固三相关系第31-33页
    2.3 采空区应力场对煤自燃影响分析第33-37页
        2.3.1 采空区破碎煤体受力状态第33页
        2.3.2 采空区压实特性与空隙率第33-34页
        2.3.3 采空区空隙率与自燃的关系第34-35页
        2.3.4 采空区渗透性与漏风的关系第35-36页
        2.3.5 渗流场对氧气浓度影响第36-37页
    2.4 顶板巷瓦斯抽采对漏风流场的影响第37-39页
        2.4.1 顶板巷瓦斯抽采下的漏风特征第37-38页
        2.4.2 漏风动力构成第38页
        2.4.3 内生热风压效应第38-39页
    2.5 小结第39-41页
3 顶板巷破断诱导漏风与遗煤承压状态研究第41-73页
    3.1 采空区顶板垮落特征分析第41-50页
        3.1.1 数值计算模型的建立第41页
        3.1.2 煤岩体力学参数反演第41-44页
        3.1.3 工作面初次来压第44-47页
        3.1.4 工作面周期来压第47-50页
    3.2 顶板巷变形破坏特征分析第50-55页
        3.2.1 工作面回采 120m顶板巷变形特征第50-53页
        3.2.2 工作面回采 150m顶板巷变形特征第53-55页
    3.3 漏风通道形成机制及模式分析第55-57页
    3.4 采空区遗煤承压状态分析第57-71页
        3.4.1 采空区压实模型及参数反演第58-59页
        3.4.2 推进 60m采空区应力分布第59-60页
        3.4.3 推进 120m采空区应力分布第60-62页
        3.4.4 推进 180m采空区应力分布第62-64页
        3.4.5 推进 240m采空区应力分布第64-65页
        3.4.6 数值计算结果校验第65-68页
        3.4.7 采空区应力恢复曲线及距离的确定第68-71页
    3.5 小结第71-73页
4 承压破碎煤体渗透参数演化及分布研究第73-107页
    4.1 采空区流态及渗透率动态模型第73-76页
        4.1.1 多孔介质内流体流态第73-74页
        4.1.2 采空区非线性渗流第74-75页
        4.1.3 承压破碎煤体渗透率理论模型第75-76页
    4.2 承压破碎煤体渗流实验装置及原理第76-78页
        4.2.1 承压破碎煤体渗流装置研发第76-77页
        4.2.2 实验原理及数据处理方法第77-78页
    4.3 煤样处理及实验方案第78-82页
    4.4 承压破碎煤体压实特征及分析第82-90页
        4.4.1 轴向加载下应力-应变特征分析第82-85页
        4.4.2 轴向加载下碎胀系数变化特征第85-88页
        4.4.3 轴向加载下空隙率变化特征第88-90页
    4.5 轴向加载下渗透率变化分析第90-98页
        4.5.1 渗流速度与压力梯度第90-93页
        4.5.2 轴向加载下渗透率变化特征分析第93-97页
        4.5.3 轴向加载下偏达西因子变化特征第97-98页
    4.6 承压破碎煤体渗透率影响因素分析第98-103页
        4.6.1 温度对渗透率的影响第98-100页
        4.6.2 压力梯度对渗透率的影响第100-101页
        4.6.3 粒径对渗透相关参数的影响第101页
        4.6.4 空隙率与渗透率关系第101-103页
    4.7 采空区应力恢复曲线下渗透参数分布第103-105页
        4.7.1 应力恢复区域分布第103页
        4.7.2 承压破碎煤体碎胀系数与空隙率第103-104页
        4.7.3 渗透参数分布模型第104-105页
    4.8 小结第105-107页
5 顶板巷瓦斯抽采诱导煤自燃耦合过程及致灾机制第107-129页
    5.1 采空区煤自燃多场耦合理论分析第107-112页
        5.1.1 煤自燃多场耦合过程第107-108页
        5.1.2 采空区煤自燃部分假定第108页
        5.1.3 渗流控制方程第108-110页
        5.1.4 气体动量方程第110页
        5.1.5 气体浓度方程第110-111页
        5.1.6 能量方程第111-112页
    5.2 顶板巷瓦斯抽采诱导遗煤自燃致灾机制第112-114页
        5.2.1 煤自燃关联因素识别第113页
        5.2.2 煤岩裂隙发育诱导漏风第113页
        5.2.3 漏风动力第113页
        5.2.4 诱导遗煤自燃灾变机制第113-114页
    5.3 关键耦合参数确定第114-127页
        5.3.1 应力恢复下渗透参数模型及分布第114-117页
        5.3.2 氧气扩散系数第117-119页
        5.3.3 导热、热容第119页
        5.3.4 耗氧速度与放热强度第119-126页
        5.3.5 瓦斯涌出及注氮源项第126-127页
    5.4 小结第127-129页
6 顶板巷瓦斯抽采诱导采空区煤自燃扰动效应分析第129-165页
    6.1 瓦斯抽采对煤自燃扰动效应分析指标第129页
    6.2 模拟方案第129-132页
        6.2.1 物理模型第130页
        6.2.2 采空区源项及内置参数第130页
        6.2.3 模拟流程及方案第130-132页
    6.3 现场工况模拟分析第132-144页
        6.3.1 流场模拟结果及分析第132-136页
        6.3.2 气体浓度场模拟结果与分析第136-138页
        6.3.3 采空区遗煤氧化环境实测第138-143页
        6.3.4 模拟与实测结果对比第143-144页
    6.4 抽采量对煤自燃影响效应分析第144-152页
        6.4.1 抽采量与漏风量关系第144-146页
        6.4.2 抽采量与自燃氧化区域分布影响第146-152页
    6.5 顶板巷垂直高度对风排瓦斯及煤自燃影响第152-157页
        6.5.1 垂直高度与滞后距离第152页
        6.5.2 模拟方案第152-153页
        6.5.3 垂直高度对风排瓦斯的影响分析第153-154页
        6.5.4 垂直高度对采空区漏风的影响第154-156页
        6.5.5 垂直高度对采空区氧化区域的影响第156-157页
    6.6 内错距离对煤自燃影响第157-162页
        6.6.1 内错距对漏风的影响第157-159页
        6.6.2 内错距离对采空区氧化区域的影响第159-161页
        6.6.3 内错距对顶板巷气体浓度的影响第161-162页
    6.7 小结第162-165页
7 合理瓦斯抽采量理论及应用第165-191页
    7.1 采空区瓦斯抽采与煤自燃矛盾第165-170页
        7.1.1 瓦斯抽采量与漏风量第165-166页
        7.1.2 瓦斯抽采量与氧化区域第166-167页
        7.1.3 瓦斯抽采量对瓦斯浓度场影响第167-169页
        7.1.4 瓦斯抽采效果分析第169页
        7.1.5 瓦斯抽采与煤自燃矛盾共生第169-170页
    7.2 合理瓦斯抽采量理论第170-171页
    7.3 合理瓦斯抽采量理论模型第171-175页
        7.3.1 瓦斯涌出对抽采量的约束第171-173页
        7.3.2 煤自燃对瓦斯抽采量的需求边界第173-175页
        7.3.3 合理瓦斯抽采量模型第175页
    7.4 模型应用第175-177页
        7.4.1 应用背景第175-176页
        7.4.2 合理抽采量确定第176-177页
    7.5 模型验证第177-189页
        7.5.1 采空区氧气浓度实测第177-180页
        7.5.2 顶板巷气体及风排瓦斯实测第180-185页
        7.5.3 模拟验证第185-189页
    7.6 小结第189-191页
8 结论与展望第191-195页
    8.1 主要结论第191-192页
    8.2 创新点第192页
    8.3 研究展望第192-195页
致谢第195-197页
参考文献第197-207页
附录第207-208页
    A 作者在攻读博士学位期间发表的学术论文目录第207-208页
    B 作者在攻读博士学位期间参与的科研项目第208页
    C 作者在攻读博士学位期间申请的专利第208页
    D 作者在攻读博士学位期间所获奖励第208页

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