深部煤层瓦斯流动“呼吸效应”机理研究

《深部煤层瓦斯流动“呼吸效应”机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文深部煤层瓦斯流动“呼吸效应”机理研究Studyonthe“RespirationEffect”MechanismofGasFlowinDeepCoalSeam作者：张昕喆导师：李意民教授中国矿业大学二〇一七年五月万方数据中图分类号TD7学校代码10290UDC532密级公开中国矿业大学博士学位论文深部煤层瓦斯流动“呼吸效应”机理研究Studyonthe“RespirationEffect”MechanismofGasFlowinDeepCoalSeam作者张昕喆导师李意民教授申请学位工学博士培养单位电气与动力工程学院学科专业流体力学研究方向煤岩渗流力学答辩委

2、员会主席评阅人二○一七年五月万方数据学位论文使用授权声明本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理：作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即：①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授

3、权书）。作者签名：导师签名：年月日年月日万方数据致谢廿载光阴如流水，十年韶华予青春。谨在博士论文完成之际，向所有在我攻读博士研究生期间给予理解、关心和帮助的亲人们致以最诚挚的感谢，感恩一路上的陪伴与支持！一日为师，终身为父。硕士以来师从李意民教授，李老师的渊博才识、严谨态度、创新精神、学术思维，都潜移默化的提高了我的科研素质水平，于学生严师也；硕博期间是我个人成长最重要的六年，这期间李老师温情的关怀、暖心的帮助，言谈举止、生活细微间流淌着一缕缕浓情，于青年慈父也。本文亦是在李老师的悉心指导下完成的，从论文的选题立意、研究内容、思路凝练、目标阶段性完成和论文撰写的整个过程

4、直至最终定稿，无不渗透着李老师的心血，感谢李老师全身心的指导与付出。特别感谢中国矿业大学电气与动力工程学院周忠宁、万波、夏同强、饶中浩、李淑梅等老师，力学与土木工程学院彭维红老师，西安交通大学钟骏薇博士、卞庆飞博士在本文的理论分析、实验方案、数值模拟、论文撰写等方面给予的帮助与指导。有机会聆听他们的谆谆教诲，学习他们的严谨态度，了解他们的学术思想，是我受用一生的宝贵财富。感谢课题组全体成员在我博士期间给予的帮助与关心，尤其感谢张国杰、吴继青、张晓宇、邱慧燃、张森师弟，刘聪、王稳师妹，以及化工学院聂景博士等在论文撰写、实验过程、数值计算等方面的大力帮助。感恩课题组朝夕相处

5、的兄弟姐妹们，真诚祝愿他们学有所成、工作顺利。感谢中国矿业大学能源与动力工程实验中心、煤矿瓦斯治理国家工程研究中心、煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室各位老师及研究生在本文实验过程的指导、帮助和支持。同时，感谢山西金晖万峰煤矿等各矿井工程师、煤矿工人在现场实验过程中给予的大力支持与帮助。尊前慈母在，浪子不觉寒。感谢母亲对儿子的养育之恩，求学在外，孝心难尽，惟愿母亲身体安康，万事顺遂。感谢亲朋好友们一直以来对我的理解和鼓励，感谢你们在我求学、成长期间的默默支持与相知相伴，真心祝福你们越来越好，心想事成。最后衷心感谢论文中所引用文献的各位作者，百忙之中审阅本论文的专家和学

6、者,并殷切期望得到指正和赐教，在今后的科研中我将不断完善！万方数据摘要矿井瓦斯积聚与超限一直是威胁煤矿安全生产的重要因素，尤其是随着采煤深度的不断增加，煤岩地质结构变化使得瓦斯渗透涌出规律更为多样。而深部矿井通风系统的自身复杂性、风阻多元性、主通风机常规倒机等因素引起的井下间断通风情况，进一步增加了深部矿井瓦斯积聚的概率。本文正是基于深部矿井间断通风这种生产实际，研究通风风流在启停过程中不同流速下对井下煤壁面内部瓦斯渗透影响的“呼吸效应”，以及这种“呼吸效应”对煤壁面外部、采煤工作面、以及采空区流场空间内瓦斯浓度分布规律的影响。同时，提出相应技术解决方案，实现深部矿井连

7、续通风技术的实际应用。本文主要研究内容及成果如下：（1）本文从深部矿井间断通风产生的宏观原因进行分析，系统总结了三类7个因素导致的间断通风情况；然后以主通风机倒机过程为例，对间断通风条件下通风风流产生“呼吸效应”的流动过程进行分析；进而在“呼吸效应”作用条件下，构建了瓦斯-空气混流状态下的“呼吸效应”物理模型，并结合双重孔隙介质煤体结构模型，进一步完善了煤体结构中瓦斯-空气分子混流模型；在此基础之上，对瓦斯-空气双组分气体的混流控制方程进行推导，并对煤基质系统、煤体裂隙系统的渗透率动态演化进行了数学描述，完整科学的阐述了深部煤层瓦斯流动“