综放工作面采空区渗流场域及渗透系数研究

本书中结合实际矿井情况，采取理论分析、实验研究和数值模拟相结合的研究方法，展开了以下研究：采空区渗流场域的形成特征及影响因素；将煤壁支撑影响区域内的冒落煤岩体视为自由堆积体多孔介质，利用自制模型，对自由堆积体均质、非均质多孔介质进行了一维渗流实验研究，探究渗流速度、渗流压力梯度与介质粒径大小的关系，渗流状态转变的渗流速度阈值；建立采空区三维渗流模型，进行了工作面阻力分布对工作面两端压差、采空区内渗流压力的影响实验；基于采空区应力分布确定综放工作面采空区渗流场域大小的方法，利用离散元程序UDEC建立了综放工作面在采放比为1:1、1:2、1:3时的数值模型，分析了采空区走向渗流场域、倾向渗流场域随采放比的变化规律；利用CFD软件Fluent分析了综放工作面采空区在不同采放比下的渗流规律、工作面阻力分布对工作面两端压差及采空区渗流的影响，最后，通过现场实测数据的分析，验证了实验规律和数值模拟规律的正确性.

1绪论1.1研究背景1.2问题的提出1.3国内外研究现状1.4论文的研究内容1.5技术路线1.6本章小结......................................................................................PAGEREF_Toc421956478\h142采空区的空间特征及其渗流场域............................................................PAGEREF_Toc421956479\h15
2.1矿井采空区的形成........................................................................PAGEREF_Toc421956480\h152.2采空区垂直空间分布及判定.........................................................PAGEREF_Toc421956481\h172.2.1上覆岩层运移规律及特征....................................................
PAGEREF_Toc421956482\h172.2.2“竖三带”的判定...............................................................PAGEREF_Toc421956483\h202.3采空区走向空间分布及判定.........................................................PAGEREF_Toc421956484\h242.3.1采空区走向空间分布及特征................................................
PAGEREF_Toc421956485\h242.3.2采空区走向“应力三区”的判定.........................................PAGEREF_Toc421956486\h272.4轴向应力对破碎岩体参数的影响..................................................PAGEREF_Toc421956487\h282.4.1破碎岩体的压实特性...........................................................
PAGEREF_Toc421956488\h282.4.2轴向应力对破碎岩体孔隙率、碎胀系数的影响....................PAGEREF_Toc421956489\h302.5采空区渗流场域...........................................................................PAGEREF_Toc421956490\h322.6本章小结......................................................................................
PAGEREF_Toc421956491\h333采空区渗流实验研究..............................................................................PAGEREF_Toc421956492\h343.1实验模型......................................................................................PAGEREF_Toc421956493\h343.2一维均质多孔介质渗流实验.........................................................PAGEREF_Toc421956494\h363.2.1粒径、渗透速度对渗透压力的影响......................................PAGEREF_Toc421956495\h363.2.2粒径对渗透系数的影响........................................................PAGEREF_Toc421956496\h47
3.2.3粒径、渗透速度对渗流状态的影响......................................PAGEREF_Toc421956497\h493.3一维非均质多孔介质渗透实验......................................................PAGEREF_Toc421956498\h523.4工作面阻力分布对采空区渗流影响的实验研究............................PAGEREF_Toc421956499\h563.4.1U型通风方式采空区渗流实验模型......................................PAGEREF_Toc421956500\h563.4.2实验数据测试......................................................................PAGEREF_Toc421956501\h583.4.3工作面阻力分布对其两端压差的影响..................................PAGEREF_Toc421956502\h59
3.4.4工作面阻力分布对采空区压力的影响..................................PAGEREF_Toc421956503\h603.5本章小结......................................................................................PAGEREF_Toc421956504\h644综放工作面采空区应力分布及渗流场域研究..........................................
PAGEREF_Toc421956505\h654.1工程实况......................................................................................PAGEREF_Toc421956506\h654.2采空区渗流场域分布的数值分析..................................................PAGEREF_Toc421956507\h674.2.1几何与网格模型..................................................................
PAGEREF_Toc421956508\h674.2.2模型参数及边界条件...........................................................PAGEREF_Toc421956509\h684.2.3走向、倾向模型模拟方案....................................................PAGEREF_Toc421956510\h694.3采空区走向渗流场域分布.............................................................
PAGEREF_Toc421956511\h704.3.1采放比为1:1时走向渗流场域..............................................PAGEREF_Toc421956512\h704.3.2采放比为1:2时走向渗流场域..............................................PAGEREF_Toc421956513\h724.3.3采放比为1:3时走向渗流场域..............................................
PAGEREF_Toc421956514\h744.4采空区倾向渗流场域分布.............................................................PAGEREF_Toc421956515\h764.5本章小结......................................................................................PAGEREF_Toc421956516\h825综放工作面采空区渗流规律分析............................................................
PAGEREF_Toc421956517\h835.1采空区渗流数学模型....................................................................PAGEREF_Toc421956518\h835.2模型参数设置...............................................................................PAGEREF_Toc421956519\h845.2.1几何模型建立......................................................................
PAGEREF_Toc421956520\h845.2.2模型边界条件及孔隙率、渗透系数分布..............................PAGEREF_Toc421956521\h865.3采放比对采空区渗流的影响.........................................................PAGEREF_Toc421956522\h905.4工作面阻力分布对采空区渗透的影响...........................................
PAGEREF_Toc421956523\h975.5工程实测与模拟结果对比分析....................................................PAGEREF_Toc421956524\h1025.6本章小结....................................................................................PAGEREF_Toc421956525\h1056结论与展望...........................................................................................
PAGEREF_Toc421956526\h1066.1结论...........................................................................................PAGEREF_Toc421956527\h1066.2创新点........................................................................................PAGEREF_Toc421956528\h107
6.3展望...........................................................................................PAGEREF_Toc421956529\h107参考文献PAGEREF_Toc421956530\h108

陈善乐，男，1984年9月出生，汉族，湖南省邵阳县人。中共党员，博士研究生，六盘水师范学院副教授。2015年6月毕业于辽宁工程技术大学安全技术及工程专业。入职六盘水师范学院矿业于土木工程学院以来，主要从事安全科学与工程领域的教学与科研工作。主要研究方向为矿井通风与粉尘、矿井瓦斯治理；主持贵州省科技厅项目2项；校级科技项目1项，教改项目1项；参与负责企业委托项目20余项；指导学生双创项目3项；获发明专利3项，新型发明专利4项；发表学术论文20余篇，其中SCI、EI检索6篇。