采场自然发火模拟计算的数学模型及其解法

当采空区内有自然发火时，将产生大量有害气体，使得采场气体成分发生变化，本文根据采空区内有害气体的运移规律，研究采场气体压力、一氧化碳等火灾气体浓度分布，预测采空区自然发火位置。本模拟研究将采场（包括工作面和采空区）作为一个系统，利用弥散动力学和渗流理论，建立采场气体运移的数学模型，采用有限元方法在电子计算机上进行解算，并可对计算结果进行处理和分析。同实测数据或直接物理实验相比，不仅容易实现，而且能提供比物理实验更详细的实验数据。     

高抽巷抽采能力对采空区自燃危险性的影响研究

针对高抽巷不同抽采能力抽采瓦斯时的瓦斯治理效果和可能诱发的采空区自燃问题,以某矿主采煤层工作面构建采空区气体渗流模型,利用FLUENT数值模拟软件分析了不同抽采能力下的瓦斯治理效果和采空区自燃危险性.结果表明:当高抽巷抽采能力越大时,采空区内瓦斯浓度越低,氧化升温带的宽度越大,自燃危险性越高.依据研究结论,分析得出当高抽巷的抽采能力系数(η)为0.25 ～0.3时,可防止上隅角瓦斯超限、提高瓦斯抽采率和预防采空区自燃,对高瓦斯易自燃煤层高抽巷抽采能力的选择具有一定的指导意义.     

采空区赋存状态对邻域边坡稳定性的影响分析

为分析采空区赋存状态对边坡稳定性的影响,针对云南省镇雄县头屯村因煤矿地下采空区引起滑坡的实际案例,结合正交试验设计和MIDAS GTS/NX数值模型,基于敏感性分析思想,分析边坡应力场、位移场及其有效塑性区分布规律,研究采空区采深、采空区高度、采空区跨度和采空区距离边坡的水平距离4个因素3种水平的影响敏感性。研究表明：采空区采深因素是影响采空区稳定的重要因素,其次是采空区距边坡的水平距离、采空区跨度,影响最小的是采空区的高度因素。依据采空区形态及赋存状态要素的权重大小,利用多元线性回归方程,得出采空区对邻域边坡影响的极限状态方程,该研究成果可为矿山边坡稳定性分析及煤矿安全开采提供借鉴。     

崔家沟煤矿采空区瓦斯抽采效果评价模型

安全高效的瓦斯抽采效果评价对于矿井瓦斯抽采有着至关重要的作用。为评价崔家沟煤矿采空区瓦斯抽采效果,通过资料收集,建立崔家沟煤矿采空区瓦斯抽采效果评价指标体系。其中一级指标包括煤层、工作面、瓦斯抽采系统等5项指标。二级指标包括高位钻孔法、定向长钻孔法和上隅角插管法3项指标。运用层次分析法计算权重,并结合模糊综合评价建立崔家沟煤矿采空区瓦斯抽采效果评价数学模型,对崔家沟煤矿进行综合评价。结果表明:通过分析筛选崔家沟煤矿采空区瓦斯抽采效果影响因素,建立的三级评价指标体系是合理的;在层次分析法确立权重过程中,瓦斯抽采方法所占权重最大,为0. 43,表明在崔家沟煤矿采空区瓦斯抽采过程中,瓦斯抽采方法的选择十分重要,与现场实际相吻合;层次分析法和模糊综合评价相结合的评价方法可以应用于瓦斯抽采效果评价,并且评价结果良好,为我国采空区瓦斯抽采效果评价提供了新方法。     

基于COMSOL的采空区瓦斯埋管抽采抽采口位置研究

针对朱家店矿101综放工作面采空区瓦斯埋管抽采能效控制工作面瓦斯涌出量,但同时也会引起采空区遗煤自燃加速的问题.采用理论分析与数值模拟相结合的方法,以煤层瓦斯流动理论为基础,通过COMSOL数值模拟软件分析在不同抽采口位置时,采空区自燃"三带"的变化情况及瓦斯浓度分布情况,最终确定合理的抽采口位置.研究结果表明:随着抽采口远离工作面,氧化带宽度逐渐增大,采空区最大瓦斯浓度则先降低后增加;结合现场实际,当抽采流量为25 m3/min时,最佳的埋管抽采抽采口位置为距工作面40~50 m处.     

大直径抽采钻孔在采空区瓦斯抽采中的应用

为解决"U"型通风存在的上隅角瓦斯积聚及采空区瓦斯涌出等问题,研究利用大直径钻孔(φ550 mm)抽采采空区瓦斯技术,该技术通过低负压、高流量对采空区瓦斯进行抽采,从本质上改变采空区漏风流流场,从而降低上隅角瓦斯浓度及减少采空区瓦斯涌出.分析了大直径钻孔抽采上隅角瓦斯原理,从钻孔及护管参数、护管施工技术及参数、封孔工艺三方面研究了大直径钻孔抽采技术,并在中能矿2201工作面应用以抽采采空区瓦斯,测试确定了瓦斯钻孔抽采浓度随着工作面与钻孔的距离的变化关系,确定了最佳钻孔间距为20 m,开孔高度1.2 m可将上隅角瓦斯体积分数控制在0.28%～0.79%,钻孔交替时上隅角瓦斯体积分数控制在0.8%之内.     

采空区瓦斯与煤自燃协同防控关键参数研究

采空区瓦斯抽采与煤自燃防控相互影响,工作面配风量、抽采负压和高抽巷位置等参数影响了采空区自燃危险区域范围。通过在天池矿301工作面采空区内布置监测点并分析气体变化,确定了采空区瓦斯与煤自燃灾害协同防控的关键区域。结合瓦斯抽采和采空区煤自燃的耦合作用机制,采用数值模拟和现场实测方法确定了工作面配风量、高抽巷位置以及推进度等主要关键参数。研究结果表明:当工作面配风量为3 000~3 500 m3/min,推进度为1.39~6.84 m/d,高抽巷与顶板垂距为30 m,与回风巷平距为25 m,抽采负压为14.5~17.5 k Pa时,既能确保抽采效果,也可有效地防止采空区煤自燃。     

双纽线曲线在底板巷道设计中应用的研究

通过理论分析，用双纽线拟合煤体与采空区交界处下方底板岩层内支承压力分布，分析巷道受采动影响的程度，作为巷道设计的依据     

U型通风采场瓦斯的处理技术

本文通过对Ｕ型通风采场瓦斯分布的测定及采空区内瓦斯运移规律的分析，提出了在煤层群中开采具有突出危险煤层时处理采场瓦斯的技术措施。     

高抽巷抽采负压对采空区漏风及自燃带的影响

为防止遗煤自燃,结合山西某矿9101工作面实际,在抽采负压分别为0、8、12、160、20、24 k Pa时,利用计算流体力学软件Fluent,进行数值模拟。结果表明:不同抽采负压对采空区的漏风流场分布及采空区的漏风量均有显著影响。在回风侧采空区其受到高抽巷的影响比进风侧采空区大,导致工作面漏风风速在回风侧差别较大;不同抽采负压条件下采空区自燃带宽度均为中部>进风巷侧>回风巷侧。抽采负压为12 k Pa时,采空区自燃带宽度平均值为87 m,为自燃带宽度曲线的"凹点"。12 k Pa为临界点,临界点之前抽采瓦斯纯量增速较快,临界点之后抽采瓦斯纯量增速缓慢。综合考虑高抽巷抽采瓦斯纯量和采空区自燃带宽度,9101工作面高抽巷抽采负压确定为12 k Pa左右。     

采空区三角网格模型边界剖面线提取方法及其应用

在分析目前常用的三角网格模型边界剖面线提取方法运用于提取复杂边界采空区边界轮廓线时存在缺陷的基础上,对传统的凸包算法进行了改进,形成了适用于复杂边界采空区三角网格模型边界剖面线提取的新方法,即凸包压入法.首先,以垂直于任意坐标轴的平面剖切复杂采空区三角网格模型得到边界剖面线的无序点集,提取无序点集的凸包线作为初始轮廓线,然后将包络于初始轮廓线内的点按张角最大的原则全部添加到轮廓线中,获得完整的剖面轮廓线,形成复杂采空区剖面线.实际应用表明,所提算法能够快速有效地提取各种形态采空区的边界剖面线,可准确获取复杂采空区剖面并能够比较分析采空区的超挖、欠挖量,具有很好的应用价值.     

高铁隧道穿越采空区段围岩变形受力规律分析

为研究高铁隧道过采空区段的围岩变形规律,本文以太焦高铁皇后岭隧道典型过采空区段工程为背景,通过对典型断面进行隧道围岩变形和拱架内力的持续监测,对比分析不同施工阶段下高铁隧道围岩变形受力规律。分析结果表明：上台阶开挖时是围岩变形发生的主要阶段,隧道最大沉降变形发生于拱顶,占总变形比值的50%以上,且隧道距离采空区底板距离越近,围岩受开挖和采空区扰动影响越大;钢拱架受力为全环压应力,整体分布呈现“上大下小”、“不均匀对称”的特点,受力最大位置出现在拱顶和右拱肩位置,并且拱架受力随着掌子面的远离,其轴力变化速率呈现出逐步减少的趋势。结合位移和应力监测数据分析结果,采空区对隧道的影响高度约为25.7m。研究成果可为类似隧道过采空区工程的设计、施工提供借鉴和参考。     

空区贯通对大型地下采场开挖变形稳定性的影响

为分析某大型地下采场开挖稳定性,利用FLAC3D计算开挖过程中的变形和破坏情况,对比分析空区是否贯通2种方案下采场的应力-应变响应.研究结果表明:两者应力分布形式基本相同,且数值也大体相同.在空区以内2种方案得到的位移等值线云图的分布形式基本相同,但其位移有较大差别,大约为25 cm.在主采区和2采区贯通处,2种方案的位移形态有较大差别,方案1的位移趋势指向空区的拐角处,而方案2的位移趋势指向空区内部.各监测点位移曲线的分布形式基本相同,即先增大再减小的趋势.方案1的位移大于方案2的位移,是否开挖中部2采区520分段空区和中部2采区500分段空区对顶板沉降的影响较大.2种方案的塑性区分布基本相同,即沿着空区中央以弧状形式不断向外发展,但方案1空区顶板的破坏区域大于方案2空区顶板的破坏区域.     

铁新煤矿老空区富水性的探查技术

老空区是引起矿井突水的主要地质构造,为了对铁新煤矿未知老空区进行勘察,从根本上消除安全隐患,在对比研究了各种物探方法应用条件的基础上,选择利用瞬变电磁法和SYT电磁测深技术探查矿井构造。对探查数据进行精细解释,圈定老空区的具体范围,评价富水性以及对于井下开采和掘进的影响,提出老空区防治水建议。     

精准三维激光探测结合可视化建模的采空区稳定性分析

精准地掌握复杂采空区的三维形态及其空间的相对位移,是进一步开展空区稳定性可靠分析的前提。以中核赣州某铀矿区为背景,利用BLSS-PE矿用三维激光扫描和测量系统, 对该采空区进行三维探测分析并对三维探测所得数据信息进行数字化处理转换,应用DIMINE建立采空区的三维空间模型,经过数字化处理后实现了与FLAC^3D模型的无缝耦合,从而形成了三维数值运算模式。研究结果表明： 818-2#采场在开挖后最大主应力增加且最大值出现在采空区顶底板,最小应力基本保持不变,上下盘虽出现拉应力,但低于围岩抗拉强度; 818-2#采场最大水平位移和最大垂直位移均较小,且随着采场的逐步回采采空区围岩出现塑性区,但面积较小。因此,空区整体上呈稳定状态。研究成果为矿山地压管理和综合治理提供了有力的依据。     

岩体诱导冒落的数值模拟

采用RFPA分析软件,针对不同回采深度、不同节理分布,并考虑彼此综合作用,模拟了采场顶板的冒落过程.结果表明,采场顶板冒落轨迹近似拱形抛物线,冒落高度大约为开挖推进跨度的40%~60%.通过对比分析,得到以下结论:侧压力越大,开挖步距越大,则冒落高度越小;深埋高应力岩体冒落区形状由抛物线渐变为层状;水平节理岩体的冒落形状由抛物线形渐变成马鞍形;竖向节理冒落呈尖塔形.研究对实现低成本高效率开采、消除地下安全隐患、科学诱导采空区冒落具有理论和工程价值.     

基于压力拱理论的矿块间回采顺序数值模拟

合理的回采顺序能够有效地改善岩体的应力分布状态,有助于保证采场的稳定性。为确定新桥矿-300m中段合理的矿块间回采顺序,根据矿山现有条件,提出3种矿块间回采顺序方案,即平行推进、"品"字形推进、倒"品"字形推进;通过Midas有限元软件对各方案进行数值模拟,综合考虑拉应力、压应力和位移3个因素,运用压力拱理论对模拟结果进行对比分析。结果表明:矿体开挖之后,会在采空区周围形成压力拱,且随着采空区的增加,压力拱的外边界向岩体深部移动;"品"字形回采过程中,中部采空区与两侧采空区在上部可以形成一个更大压力拱,承担其自身和上覆的岩土载荷,其最大拉应力为2.288MPa,最大压应力为23.24MPa,最大位移为55.71mm,均远小于其他2种方案,相比之下,该方案更加合理。经该矿山生产实践表明,"品"字形回采顺序已在矿山推广应用,取得良好的经济、社会效益。     

采空区自然发火位置相似模拟模型

为了研究不同类型的采空区漏风对采空区自然发火的影响,依据采空区的漏风状态不同,把采空区划分成不同的火灾危险区域,以此判断采空区发火位置。研制了相似模拟模型,针对采空区自然发火问题进行了多项模拟实验,观测并绘制了不同风量下采空区风压等值线及风流分布图;绘制了采空区不同位置漏风情况下风压等值线及风流分布图;绘制了上隅角设置瓦斯排放风筒后采空区风压等值线及风流分布图;设计了采空区充填带,并获得了采空区风压等值线及风流分布图。     

基于分形理论的采空区遗煤孔隙率研究

自燃是煤矿的主要灾害,采空区自燃直接影响到回采工作面的生产,甚至能够造成严重的恶性事故。遗煤的存在是造成采空区自燃的根源,采空区内遗煤属于颗粒堆积型多孔介质范畴。由于遗煤颗粒形状相似但粒径大小差别巨大,具有分形特征。本文基于分形理论建立了采空区遗煤的粒径质量分布分形维数模型,并从实际的采空区内取煤样进行筛分对粒径分布特征进行了分析,通过分析计算得出六合煤矿和阜生煤矿的分形维数分别为2.2596和2.0554。分析影响煤自燃的孔隙主要是外部孔隙,对筛分出来的不同粒径的煤进行了外部孔隙率的测定,结合粒径分布的分形维数,对采空区遗煤的孔隙率进行了分析。通过研究粒径分布分形维数来分析采空区内的孔隙率分布,为采空区内孔隙率的研究提供了一个新思路。