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 |
