采空区气体多场耦合理论及应用
作者：车强 著
出版时间：2012年
内容简介
与采空区有关的瓦斯灾害和火灾频发，是我国矿业发展中亟待解决的重大问题。尤其是采空区大量存在的遗煤易自燃，为瓦斯爆炸提供了长期存在的火源，致使灾害后果十分严重。《采空区气体多场耦合理论及应用》是关于采空区气体（主要是瓦斯）运动和相互转化规律的专著，对于防治煤矿自燃火灾、一般瓦斯灾害具有十分重要的指导意义。本书以某煤矿采空区实测数据为基础展开，详细分析和介绍了采空区瓦斯空气混合气体的组成、相互作用规律和机理，对采空区瓦斯抽放、遗煤自燃以及继发性瓦斯爆炸的防治具有重要的指导意义。《采空区气体多场耦合理论及应用》可供矿业工程领域的设计、研发人员阅读，也可供矿业相关专业师生参考。
目录
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状综述
1.2.1 采空区气体流动研究现状
1.2.2 瓦斯燃烧爆炸研究现状
1.3 研究内容、研究方法和技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 研究方法
1.3.3 技术路线
第2章 采空区气体渗流规律研究
2.1 引言
2.2 采空区介质及其渗流特性
2.2.1 采空区介质
2.2.2 多孔介质的基本参数
2.2.3 采场裂隙形成理论
2.2.4 渗流和渗流速度
2.3 采空区内主要气体组分
2.4 瓦斯涌出和运移规律
2.4.1 采空区瓦斯涌出源分析
2.4.2 采动卸压瓦斯运移和积聚规律
2.4.3 瓦斯扩散运动规律
2.4.4 瓦斯升浮现象
2.4.5 瓦斯积聚
2.5 采空区气体渗流模型
2.5.1 连续性方程
2.5.2 动量守恒方程
2.5.3 湍流输运模型
2.5.4 组分守恒方程
2.5.5 状态方程
2.6 采空区气测渗透率的测量实验
2.6.1 实验目的和方案
2.6.2 渗透率计算理论
2.6.3 实验装置和试样制备
2.6.4 实验步骤
2.6.5 实验结果和分析
2.6.6 采空区多孔介质渗透率与孔隙率的关系方程
2.6.7 主要结论
2.7 本章小结
第3章 采空区瓦斯渗流和传热的大尺寸实验研究
3.1 引言
3.2 实验目的和方案
3.3 实验装置
3.3.1 实验台机械系统
3.3.2 实验台瓦斯供气系统
3.3.3 实验台液压系统
3.3.4 实验台电气系统
3.3.5 实验台数据信息采集分析系统
3.4 实验步骤和结果
3.4.1 实验模型设计
3.4.2 实验步骤
3.4.3 实验结果和分析
3.4.4 孔隙率的空间分布方程
3.4.5 渗透率的空间分布方程
3.5 现场观测
3.5.1 工作面概况
3.5.2 测点布置
3.5.3 观测参数和检测仪器仪表
3.5.4 现场观测的结果和分析
3.6 实验结果与现场观测结果的比对分析
3.7 本章小结
第4章 采空区气体渗流场和浓度场耦合数值模拟研究
4.1 引言
4.2 ＣＦＤ模拟和场模拟原理
4.2.1 数值模拟
4.2.2 ＣＦＤ模拟
4.2.3 场模拟
4.3 ＦＬＵＥＮＴ软件概述
4.3.1 ＦＬＵＥＮＴ软件模块和Ｔｅｃｐｌｏｔ后处理软件
4.3.2 ＦＬＵＥＮＴ软件在本书数值模拟中的应用
4.4 采空区气体渗流场和浓度场耦合数值模拟
4.4.1 物理模型构建和边界条件设定
4.4.2 基本守恒方程组
4.4.3 方程组的离散和数值解算方法
4.4.4 气体压力分布规律
4.4.5 气体流场规律
4.4.6 气体组分浓度分布规律
4.4.7 采空区遗煤氧化自燃带的确定
4.5 本章小结
第5章 采空区气体传热理论
5.1 引言
5.2 采空区传热的基本形式
5.2.1 热传导
5.2.2 热对流
5.2.3 热辐射
5.3 采空区的高温源
5.3.1 采空区高温源产生机理
5.3.2 高温源位置
5.4 温度引起的瓦斯升浮现象
5.5 化学反应模型
5.5.1 化学反应模型理论
5.5.2 常用的化学反应模型
5.6 采空区自燃前后气体组分的变化
5.6.1 主要气体的组分浓度变化
5.6.2 火源燃烧状态的气体判别指标
5.7 采空区多孔介质能量方程
5.7.1 简单情况下的多孔介质能量方程
5.7.2 较为复杂情况下的多孔介质能量方程
5.7.3 采空区多孔介质的能量方程
5.8 采空区渗流场、浓度场和温度场耦合模型
5.9 本章小结
第6章 采空区气体多场耦合数值模拟研究
6.1 高温源和边界条件的设定
6.2 物理模型构建和假设
6.3 计算模型的选取
6.4 方程组的离散和数值解算方法
6.5 计算结果和讨论
6.5.1 受自燃影响的气体压力分布规律
6.5.2 受自燃影响的气体渗流场规律
6.5.3 受自燃影响的气体温度分布规律
6.5.4 受自燃影响的气体组分浓度分布规律
6.6 实验、现场观测与模拟结果的比对分析
6.7 研究成果对煤矿安全的指导意义
6.8 本章小结
第7章 主要结论和展望
7.1 主要研究工作和结论
7.2 研究工作展望150参考文献
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