三软煤层瓦斯参数变化特征及突出预警模型研究

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1、博士学位论文“三软”煤层瓦斯参数变化特征及突出预警模型研究申请人姓名：吴立云指导教师：翟新献教授专业名称：矿业工程研究方向：采矿理论与技术河南理工大学能源科学与工程学院二○一四年十二月万方数据中图分类号：TD713密级：UDC：622单位代码：10460“三软”煤层瓦斯参数变化特征及突出预警模型研究ResearchonChangeCharacteristicsofGasParametersandEarly-WarningModelofCoalandGasOutburstinSoftRoof-FloorSeam申请人姓名吴立云申请学位工学博

2、士学科专业矿业工程研究方向采矿理论与技术导师翟新献职称教授提交日期2014年10月答辩日期2014年12月9日河南理工大学万方数据河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文：“三软”煤层瓦斯参数变化特征及突出预警模型研究，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位

3、论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日万方数据致谢致谢在博士论文完成之际，谨向对我提供过各种帮助的人士表示最诚挚的谢意。首先要感谢我的导师翟新献教授，从论文的选题到课题的研究与论

4、文写作，翟老师都不厌其烦的为我提供了许多有益的建议和指导，对论文的内容字斟句酌，反复指导修改。翟教授渊博的学识、严谨的治学态度和平易近人的学者风范对我产生了深刻的影响，必将使我受益终生，在此向敬爱的翟老师表示最崇高的敬意和衷心的感谢！河南理工大学能源科学与工程学院的郭文兵教授、李化敏教授、孙玉宁教授、蔡成功教授等在论文的开题和研究过程中给予了我很大的帮助，教研室的同事们在日常教学中也替我分担了一些课程，在此向他们表示深深的谢意！在GC煤矿的现场观测和收集资料的过程中，程东全总经理和黄卓敏矿长给予了极大的帮助，通风科、防突科的有关领导和工作

5、人员对资料的收集也给予了很多的帮助，在此一并表示深深的谢意！在论文的研究与写作过程中，研究生王飞等为我提供了大量的帮助，给了我一些启发，从而使得研究方案更加完善，在此对他们表示由衷的感谢！感谢在百忙之中评阅我的论文的专家们！感谢我拜读过的文章的作者们给予我的启发！感谢所有关心和帮助过我的人!吴立云2014年10月万方数据摘要摘要近几年来，我国重特大瓦斯事故不断发生，在国内外造成了极其恶劣的影响和巨大的经济损失。在我国的煤与瓦斯突出事故中，“三软”煤层中发生的突出占有一定的比重，尤其是在河南西部矿区“三软”煤层普遍存在。为了有效地预防和治理

6、“三软”煤层煤与瓦斯突出事故，运用理论分析、软件拟合、实验室实验和现场观测等方法，对河南西部GC煤矿“三软”煤层瓦斯参数变化特征及突出预警模型进行了系统、深入研究，最后对“三软”煤层采煤工作面进行了煤与瓦斯突出预警实例分析和验证，得出了如下结果和结论：（1）根据Darcy定律、质量守恒定律和流体力学中微分形式的运动方程，建立了两个瓦斯流动的偏微分方程并联立求解，得出了煤层中径向不稳定流和球向不稳定流的瓦斯压力场方程，表明瓦斯压力p与时间t成反比，与半径r成正比；根据瓦斯压力场方程和达西定律推导出了半径为r的圆上单位面积瓦斯流量方程和煤层透

7、气性系数λ的方程，这些参数都是关于时间t和距钻孔（或巷道）中心的距离r的函数。（2）利用理论分析和数值模拟对采煤工作面前方支承压力、煤层钻孔瓦斯涌出初速度、瓦斯涌出量、煤层透气性系数等瓦斯参数进行了分析研究，研究结果表明，这些参数具有相似的或相反的变化规律，是关于距煤壁距离x或者观测时间t的S型曲线和倒S型曲线的组合。煤层透气性系数、采煤工作面超前支承压力、煤层瓦斯压力关于距煤壁距离的曲线形式具有不很严格的对称性。结合“三软”煤层煤矿具体地质条件，可确定出煤层瓦斯参数变化规律，从而为矿井瓦斯灾害防治提供有效的理论指导。（3）构建了二维瓦斯

8、流动方程和三维椭球体内部瓦斯流动方程，利用该方程解释了煤与瓦斯突出的过程。（4）对“三软”煤层煤与瓦斯突出的危险性进行了事故树分析，确定出了突出发生的概率，得出了突出发生的可能途径和预防突出的