基于模糊渗流理论的采场自然发火

针对煤矿井下采空区岩石冒落形成的多孔隙介质空间的极度不规则性,提出了模糊渗透系数的概念,建立了一种以模糊分析和模糊微分方程为基础的及各种边值为条件的计算采场气体模糊渗流问题的数学模型.该项理论研究成果为预防采空区自然发火提供了有效的途径,对采场内自然发火位置的预测及发火位置控制有较好的理论价值和指导意义.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.     

不规则介质采场气体渗流问题的模糊数值解研究

在利用非均匀孔隙介质稳定流动微分方程来揭示采场气体流动状态中,孔隙介质渗透性系数的估计是非常困难的,并且精确的估计也是无意义的。提出模糊渗透系数和模糊限定徽分方程的概念,建立了模糊渗流方程,并利用模糊结构元的方法得到了模糊渗流方程的近似解法。利用模糊渗流问题的求解,可以相应得到采空区内影响自然发火的各种因素区域,这为利用模糊预测技术预测采空区自然发火趋势与位置提供了非常有用的分析工具。     

非均匀孔隙介质采场气体稳定渗流的模糊解研究

在利用非均匀孔隙介质采场气体稳定流动微分方程来揭示采场气体流动状态中，孔隙介质的渗透性系数的估计是非常困难的．并且精确的估计也是无意义的，本文提出了模糊渗透性系数的概念，并讨论了相应的模糊微分方程的近似解法．这为利用模糊预测技术预测采空区自然发火趋势与位置提供了非常有用的分析工具．     

间歇注气抽采煤层气井注气量与采收率分析研究

水力压裂煤层、注气提高煤层气采收率等生产工艺过程中,煤层中流体的运动是多相多组分流体的扩散渗流。假定煤层为孔隙裂隙二重介质,孔隙中只存在吸附状态气相,裂隙是气、水共存空间,孔隙与裂隙之间气体的交换量是渗流场中的质量源。试验研究了质量源与时间和煤层结构的关系,测定了吸附置换速率的衰减系数。应用多孔介质中扩散渗流理论,再运用质量连续方程,导出了多相多组分流体的扩散渗流微分方程。忽略占煤层中气体总量百分比很小的游离状态气体在微分方程中随时间变化,从而求出了单井间歇注气抽采煤层气井在注气过程注气量的近似表达式。分析解表明注入气体流量与注入气体压力和煤层气初始压力之差、竞争吸附置换速率成正比;煤层渗透率越大、煤层气和注入气体的混合粘性越小,吸附竞争置换速率越小和注气抽采煤层气效果越差;注气抽采煤层气工艺适合低透气性煤层。     

不规则介质采场渗流理论及防止采空区自然发火

为了防止采空区自然发火,必须了解其发生机理。依据不规则介质采场渗流理论,通过数值模拟和相似材料模拟实验,反映出真实采空区中气体的运移规律,得出采场通风时,工作面两端的压差是造成采空区漏风及遗煤自燃的主要原因。通过对上隅角瓦斯进行合理的抽放,将瓦斯浓度控制在合理的范围内,便可避免为稀释上隅角瓦斯而加大工作面风量所造成的采空区自然发火。     

采空区注砂防灭火最佳砂墙长度的确定

计算机模拟方法是研究和分析多孔介质（采空区）中汉体流动的有效方法，它在电子计算机上通过解算描述流体流动的微分方程进行数值模拟。本文通过实例求解根据弥散动力学和渗流理论建立的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，利用所测得的实际数据反求系统的内部参数，对采场瓦斯、一氧化碳等有害气体的流动过程和浓度进行了数值模拟，求出最佳防火增长度。     

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。     

初应力作用下孔隙介质升温时渗透率变化规律

为研究不同地应力作用下的油气储层热采过程中渗透率的变化规律,利用自主研制的热流固三场耦合渗流试验系统,选用难被孔隙介质吸附的氦气作为渗流气体,并考虑氦气黏度随温度和压强的变化,消除孔隙介质对渗流气体的吸附和气体黏度变化对渗透试验的影响,开展不同初始应力条件下煤岩试件升温渗透试验。结果表明:孔隙介质渗透率随温度升高先增大后减小,呈非单调非线性变化规律,并存在与初始有效应力有关的拐点温度,这是由于在拐点温度之前,温度应力小于初始有效应力,固体骨架向外膨胀,孔隙空间增大,渗透率增大,超过拐点温度后,温度应力大于初始有效应力,固体骨架向孔隙内膨胀挤占孔隙空间,渗透率降低;渗透率变化拐点温度随初始体积应力的增大而减小,温度应力升高速率随初始体积应力增加而增大。     

采埸空气流动状况的数学模型和数值方法

研究采场空气的运动,是合理调整采场通风抑制残煤自燃防止瓦斯在生产巷道聚集,保证安全生产的基础。对采场运动状况过去所作的大量研究,几乎都不考虑采场中空气是在工作面和采空区、冒落岩石空隙相连的通道中这样不同性质的运动。全部视为理想流体的流动,显然与实际情况相差很大。只对采空区运用渗流理论进行研究,而不考虑采场是由工作面与采空区组成的整体。这样,难以决定工作面与采空区的交界条件和给出进入微分方程中的参数(如渗透系数)。因而,也难得出符合实际的结果。本文根据任何的空气运动都要满足质量守恒定理,将工作面附近空间空气流动处理     

求解双重孔隙介质油藏压力的一种新方法

求解双重孔隙介质油藏不稳定渗流压力要比单孔隙介质油藏不稳定渗流压力复杂得多,而对于复杂边界条件的双重孔隙介质油藏模型,很难求得其压力解。提出了将单孔隙介质不稳定渗流压力解转换为双重孔隙介质渗流不稳定压力解的方法,其步骤是：①单孔隙介质油藏不稳定渗流的拉氏空间压力解ｐＤ（ｚ）乘以拉氏变量ｚ;②用ｚｆ（ｚ）代替ｐＤ（ｚ）中的ｚ,得到一个表达式;③该表达式除以ｚ即得到双重孔隙介质油藏不稳定渗流的拉氏空间压力解ｐＤｆ（ｚ）;④采用数值拉氏反演Ｓｔｅｈｆｅｓｔ方法即可得到真实空间内的双重孔隙介质油藏不稳定渗流压力解。该方法求解过程简捷,计算结果正确     

采场模糊渗流定解问题的可表示性

采空区气体模糊渗流问题由模糊偏微分方程所描述，模糊微分方程是未知函数及其导数与已知模糊函数或者模糊常数的条件等式。方程解的模糊性是由已知模糊函数或模糊常数所引起的。当已知函数或常数为区间值函数或区间数时，相应的方程为区间微分方程，由于模糊函数或模糊数的截集为区间值函数或区间数，通常，模糊微分方程的解是利用模糊函数或模糊数截集所对应的区间微分方程解通过表现定理给出。由于模糊微分方程的解必须是模糊函数，如果通过表现定理给出的模糊微分方程方程的解是模糊函数，则称方程的解是可表示的，本文在给出模糊微分方程解的可表示定义同时给出了解的可表示判定条件，并且证明了有采空区气体模糊渗流定解问题的可表示性。     

用分离变量法求采空区气体流动微分方程的解析解

根据流体扩散动力学理论建立了采空区气体流动的微分方程，采用分离变量法求出了它的解析解，为定量分析采空区瓦斯流动规律提供了理论基础。     

缝隙模型在采场通风中的应用

根据多孔介质中饱和流动的微分方程和两平行板间窄缝隙内粘性液体流动的微分方程之间存在的相似性，利用缝隙模型，研究了采场气体流动规律并通过模型试验，提出了矿井在无煤柱开采过程中采空区瓦斯的流动方向问题。     

采空区场流数值模拟程序(G3)实现与应用

基于非均质多孔介质漏风渗流方程、分相气体(瓦斯、氧、CO)渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了采空区安全(瓦斯、自然发火等)分析数值模型,开发了用迎风格式有限元方法联立求解计算机程序(G3).结合Y形通风形式采空区的求解实例,展示了G3能够适应各种复杂边界条件,并给出工作面开采条件下采空区内各相气体和温度变化的图形分布解G3中采空区按冒落非均质介质处理;考虑了瓦斯涌出对自燃的耦合作用,并能反映工作面推进、通风量等因素影响关系.可操作性好,能对各种情况做任意性模拟试验,便于从理论上描绘采空区漏风流态,动态描绘了瓦斯、氧、CO浓度和温度的分布状态及其变化过程.图7,参16.     

W型通风冒落采空区流场数值模拟计算

针对冒落采空区通风比较复杂的问题，基于非均质多孔介质漏风渗流方程建立了冒落采空区漏风流态的有限元数值模型．结合现场实例，对W形通风复杂边界形式的采空区风流规律进行了求解。从理论上描绘了W形通风采空区的风压分布等值线和流函数线（分布解），该计算方案对W形通风复杂边界条件仍能满足流网正交；求解方便迅速，可操作性好。指出W形通风采空区明显降低工作面两端风压羞，缩小漏风范围的效果。