1引言 1
2无风掘进系统结构模型的建立 2
2.1 无风掘进系统模型 3
2.2 无风掘进各子系统分析 4
2.2.1 无风掘进巷道布置及煤料运输 4
2.2.2 无风掘进人员呼吸供给 4
2.2.3 无风掘进环境舒适性保障 5
2.2.4 无风掘进瓦斯抽采 6
2.2.5 无风掘进气体监测监控 6
2.2.6 无风掘进气体阻隔系统 6
2.3 无风掘进优缺点分析 10
2.4 无风掘进与传统掘进的经济比较 11
2.5 本章小结 13
3无风掘进瓦斯与氧气阻隔机理研究 14
3.1 无风掘进巷瓦斯涌出模型 14
3.1.1 壁面瓦斯涌出量积分解算 15
3.1.2 散落煤块瓦斯涌出量积分解算 17
3.2 无风掘进巷瓦斯流动运移规律研究 18
3.2.1 无风掘进巷瓦斯连续输运规律 19
3.2.2 无风掘进巷瓦斯输运动量规律 22
3.2.3 无风掘进巷瓦斯输运的伯努利控制方程 26
3.2.4 无风巷内混合场的组分方程 31
3.3 无风掘进巷瓦斯扩散运移规律研究 32
3.3.1 基于菲克定律及高斯烟团模型的缝隙线源扩散规律 32
3.3.2 基于菲克定律及高斯烟团模型的胶带口面源扩散规律 34
3.4 煤块空隙、衰减放散及胶带引流对瓦斯输运的影响 36
3.4.1 煤块空隙瓦斯泄漏规律 36
3.4.2 煤块衰减放散瓦斯泄漏规律 37
3.4.3 胶带引流瓦斯泄漏规律 37
3.5 无风掘进巷瓦斯阻隔调控 38
3.5.1 联动调控阻隔瓦斯 38
3.5.2 氮气幕射流卷吸阻隔瓦斯 39
3.6 绕道巷氧气阻隔机理研究 40
3.6.1 风门开启状态下氧气阻隔模型 40
3.6.2 风门关闭状态下氧气阻隔模型 42
3.7 本章小结 44
4无风掘进抽采-氮气幕联动控制气体相似模拟研究 45
4.1 相似性验证 45
4.1.1 几何相似 45
4.1.2 运动相似 46
4.1.3 动力相似 46
4.2 实验设计 50
4.2.1 模型搭建 50
4.2.2 实验设备 51
4.2.3 实验步骤 52
4.3 无风掘进巷瓦斯阻隔规律研究 54
4.3.1 实验台气密性验证 54
4.3.2 涌出量对瓦斯运移的影响研究 54
4.3.3 抽采量对瓦斯运移的影响研究 61
4.3.4 氮气幕阻隔效果研究 63
4.4 绕道巷阻隔氧气的实验研究 66
4.5 本章小结 68
5无风掘进抽采-氮气幕联动控制瓦斯与氧气数值分析 69
5.1 无风掘进巷气体运移控制方程 69
5.2 模型构建及边界条件设置 70
5.2.1 模型构建 70
5.2.2 边界条件设置 71
5.3 流动及扩散模型数值分析 72
5.3.1 高浓度瓦斯区形成过程分析 72
5.3.2 压力失衡瞬间气体流动规律 73
5.3.3 氮气与瓦斯自由扩散规律 75
5.4 瓦斯运移规律的多因素耦合研究 75
5.4.1 涌出量对瓦斯运移规律的影响研究 75
5.4.2 抽采量对瓦斯运移规律的影响研究 83
5.4.3 氮气幕阻隔瓦斯运移规律的研究 91
5.4.4 风门开启过程中瓦斯流场的变化规律 94
5.5 氧气阻隔数值分析 97
5.5.1 风门开启过程氧气阻隔 98
5.5.2 风门关闭状态氧气阻隔 98
5.6 本章小结 101
6结论及展望 103
6.1 主要结论 103
6.2 展望 104
附录 105
附录A 相似模拟涌出量为3L/min时的动态监测部分数据表 105
附录B 氮气幕阻隔的调节命令 107
参考文献 109