【摘 要】
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本论文以宜兴煤业1200工作面为背景,针对抽采与注氮复合作用下采空区气体运移及分布规律进行了研究,利用FLAC3D数值模拟软件对采空区上覆岩层垮落破坏进行了研究分析,利用采空区原岩应力恢复曲线开发了采空区空隙率的空间分布函数模型,基于此利用FLUENT软件建立采空区三维裂隙场-流场耦合计算模型;通过大剂量采空区遗煤低温氧化升温实验,得出采空区遗煤低温氧化升温过程中遗煤的自燃特性参数,为流场计算模型
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本论文以宜兴煤业1200工作面为背景,针对抽采与注氮复合作用下采空区气体运移及分布规律进行了研究,利用FLAC3D数值模拟软件对采空区上覆岩层垮落破坏进行了研究分析,利用采空区原岩应力恢复曲线开发了采空区空隙率的空间分布函数模型,基于此利用FLUENT软件建立采空区三维裂隙场-流场耦合计算模型;通过大剂量采空区遗煤低温氧化升温实验,得出采空区遗煤低温氧化升温过程中遗煤的自燃特性参数,为流场计算模型提供可靠参数;利用耦合计算模型对抽采及注氮作用下采空区气体浓度场分布规律进行了模拟研究,确定合理的抽采与注氮参数,在解决上隅角瓦斯超限的同时有效控制采空区的遗煤自燃。（1）通过FLAC3D计算得出的上覆岩层塑性区分布结合相关经验公式计算,得出采空区冒落带与导气带的高度,冒落带高度约为10m,导气带高度约为27m;根据采空区底板垂向应力恢复变化曲线,建立采空区三维空隙率分布模型。（2）基于上述采空区空隙率分布函数模型,建立采空区三维裂隙场-流场耦合计算模型;根据大剂量遗煤低温氧化实验得出遗煤自燃特性参数结合现场实测数据,对耦合计算模型边界条件及源项参数进行设定;对未抽采条件下采空区气体运移赋存规律进行了数值模拟研究,结果显示进风侧漏风较大自燃带最宽,宽度可达76m,同时在未抽采条件下上隅角及回风巷瓦斯超限严重,急需进行治理。（3）基于数值计算模型对高位钻孔不同层位布置、不同水平间距、不同抽采负压、注氮参数等因素进行了模拟研究,分析了不同抽采参数条件下及抽采与注氮复合作用条件下采空区气体浓度场分布规律;根据模拟结果,最终确定1#、2#、3#、4#钻孔水平间距为5m,钻孔竖向层位布置为15m、17m、19m、23m,抽采负压应保持在20-30kPa,注氮位置距工作面70m,注氮流量设置为500-800m3/h时,即能对上隅角瓦斯进行有效控制,同时又使得采空区自燃发火危险性降到较低程度。（4）基于模拟研究所确定的抽采与自燃防治技术参数对现场进行布置,对上隅角、回风巷、工作面支架后部的气体进行了为期30天的监控检测,工作面上隅角平均瓦斯浓度降至0.5 1%,高位钻孔瓦斯抽采纯量稳定与在1.5m3/min左右;回风巷最大瓦斯浓度分别降到了 0.4%,支架后部与回风巷中CO浓度逐渐降至5.1ppm与1.8ppm左右;上隅角瓦斯超限与遗煤自燃问题都得到了较好的控制,实现了瓦斯与煤自燃灾害防治的平衡。
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