两进一回通风系统邻近层瓦斯运移规律研究

以回采工作面"U+L"两进一回通风系统为研究对象,分析了回采工作面邻近层瓦斯涌出及流动特点。依据瓦斯渗流理论、能量方程和质量守恒定律,建立了采空区瓦斯运移的数学模型,即采空区气体流动方程和瓦斯在采场中的动力弥散方程。运用FLUENT软件对沙曲矿14205工作面"U+L"两进一回通风系统下采空区瓦斯运移过程进行了数值模拟,得出采空区内沿工作面推进方向、垂直方向和宽度方向上的采空区瓦斯浓度分布及变化规律,进而总结出回采工作面邻近层瓦斯运移规律和采空区内高浓度瓦斯聚集区域。为采煤工作面防止瓦斯积聚及选择合理瓦斯抽放点提供了必要的技术支撑。     

采空区瓦斯运移理论研究进展

针对采空区瓦斯涌出问题,从采空区瓦斯渗流力学及瓦斯运移理论两方面归纳了多年来前人的研究成果,总结采空区气体流动规律的研究有物理模型建立困难,涉及的理论复杂等难点,并结合难点提出了将重点转向采空区遗煤瓦斯涌出等因素对采煤工作面空气质量的影响及加强对高冒落区气体流动规律的研究的研究方向和相应的应对措施,从而为后续研究与工作做好铺垫.     

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。     

注氮在采空区的运移特征和数值模拟方法

本文运用渗流力学和扩散动力学理论,对注氮在采空区内运动、扩散特征和影响因素进行分析,提出了氮气在采空区运移和分布的数值模拟方法,并进行了计算和分析.     

无煤柱Y型通风采空区瓦斯的运移规律

本文基于对CFD的研究阐述了流体在多孔介质内的渗流规律,运用FLUENT软件对Y型通风方式的采空区建立了数学模型;并使用该模型对丁集矿1311（1）工作面采空区瓦斯的运移规律进行了数值模拟,把得到结果的进行了分析,指出Y型通风是适合无煤柱开采的有效通风方式。     

采空区漏风及残煤瓦斯涌出对采场气流的影响

在国内外文献调研的基础上,通过渗流力学、岩石力学、采矿工程等多学科交叉,采用理论分析、数值计算结
合的方法,建立了煤矿采空区瓦斯流动数学模型。采用CFD 技术对漏风流分布及瓦斯浓度场进行研究,获得了整个
工作面上风流的速度和瓦斯浓度的分布情况,得到了漏入采空区和采空区返回工作面风流较为集中的范围,采空区漏
风量与工作面风量之间的变化关系,漏风流速沿采空区衰减规律,确定了整个工作面上瓦斯浓度最高的地方为回风隅
角,采空区内瓦斯浓度最高的区域也是整个采场瓦斯浓度最高的区域。通过对不同送风量的模拟研究,描述了瓦斯浓
度的运移趋势,得到了回风隅角瓦斯浓度与送风量的关系,并且发现近风侧瓦斯浓度梯度较大,增大送风量能降低近
回风隅角瓦斯浓度,但是会增加遗煤自燃的风险。揭示了采空区漏风和残煤瓦斯涌出对采场气体流动的影响规律。     

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。     

采空区气体二维流动的数学模型及其有限容积法

针对实际采空区中的气体流动有相当大的区域偏离了达西定律,而服从非线性渗流定律的情况,根据Bac}IInat提出的非线性渗流方程,建立了二维采空区内混合气体非线性渗流方程和氮气、瓦斯在采空区内弥散方程的数学模型,并给出不同的边界条件。采用有限容积法对其离散,可以得出整个采空区流场的压力、渗流流度及氮气、瓦斯的浓度分布情况,为采空区瓦斯抽放、防灭火工艺参数的优化提供了可靠的依据。     

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.     

注热瓦斯抽放数学模型及解法研究

煤层瓦斯抽放既能解决煤矿瓦斯灾害,又能使抽放出的瓦斯用于工业及民用、变废为宝.通过煤层注热技术增加吸附态瓦斯的解吸,增加瓦斯在渗流通道中的运移压力梯度,增大瓦斯抽放量.结合注热瓦斯抽放理论规律,运用瓦斯渗流方程、煤岩体导热方程建立了注热瓦斯抽放的数学模型,对模型中的瓦斯方程进行了线性近似,对瓦斯渗流方程和煤岩导热微分方程的泛函及离散过程进行了详细分析,并列出了注热瓦斯抽放数学模型的数值解算程序框图.     

温度作用下填埋垃圾气体运移规律的研究

温度对填埋气体在多孔介质中的储存和释放过程有着重要影响。基于多孔介质渗流力学-热力学理论，考虑气体密度随压力变化影响条件下，建立了垃圾填埋垃圾气体运移过程的耦合动力学数学模型。并采用特征线有限元方法对数学模型进行离散。该数值模型可为预测和预报污染物在土壤中的扩散状况以及污染气体的排放和收集、防止二次污染提供了可靠的理论依据。．     

基于有限元分析的页岩气扩散数值模拟

本文基于Fick扩散定律,结合页岩气赋存形式和运移特点,针对干酪根有机质中溶解气扩散形式,建立干酪根中页岩气扩散数学模型。利用有限元分析方法进行数值求解,得到不同时刻干酪根内部页岩气浓度分布,分析干酪根内部不同位置浓度变化规律,内边界气体平均扩散通量变化规律,并通过计算得出给定符合页岩储层有机干酪根存在条件下干酪根扩散通量。同时在该扩散模型基础上改变边界条件,可以理论上计算多孔介质中气体有效扩散系数,为今后关于页岩气渗流理论和数值模拟研究奠定了基础。     

半封闭采空区瓦斯运移的示踪分析

利用示踪分析方法对半封闭采空区内的瓦斯运移方向和运移速度进行了现场试验研究．估测出采空区内某一点瓦斯气体的流线位置和运移速度．同时分析了试验工作面引排风筒对上隅角瓦斯的排放作用。     

煤层瓦斯流固耦合渗流的二维数值模拟

将渗流力学与弹塑性力学相结合,考虑煤层瓦斯和煤体骨架之间的相互作用,建立了煤层瓦斯运移的数学模型,并给出其数值解。对煤层瓦斯渗流方程和煤体变形场方程分别进行离散,得到其相应的泛函方程,根据有限元法原理推导出其耦合求解方法,最后进行了实例计算。     

综采采空区瓦斯运移规律及抽采研究

综采采空区瓦斯涌出源多,影响因素多,运移过程复杂,往往导致回采工作面上隅角的瓦斯超限,甚至引起工作面回风流中瓦斯超限,更为严重地还导致成分区总回风巷瓦斯超限,严重威胁到整个矿井的安全生产.基于前人关于采空区瓦斯运移的研究成果,采用FLUENT数值模拟研究了某煤业公司的2328综采工作面采空区瓦斯运移规律,并采用同样的方法数值模拟优化研究了上隅角瓦斯治理的参数,现场实践取得了较好的抽采效果.     

采空区瓦斯运移规律实验及数值模拟

为研究采空区瓦斯运移规律,以贵州某矿P41104工作面为研究对象,搭建了三维采空区气体运移综合实验台,应用Fluent数值模拟软件,从通风风速、遗煤氧化升温和高温封闭这3个方面对U型通风方式下的采空区瓦斯分布情况进行研究。结果表明:当采空区通风风速从1.25 m/s增大到1. 50 m/s时,进风巷的瓦斯浓度下降4%左右,回风巷的瓦斯浓度上升2%左右,增大通风风速在一定程度上可以降低采空区瓦斯浓度,但对采空区深部空隙率较小的地方基本上没有起到作用;当采空区局部遗煤氧化升温后,随着温度的升高,瓦斯浓度梯度也在上升,在采空区内走向上和倾向上瓦斯浓度分布没有太明显的变化;当对采空区封闭时间延长时,采空区倾向上瓦斯分布梯度逐渐消失,瓦斯受到浓度差的作用,在垂直方向上升较快,当封闭时间长达3 h后,在各个方向上的浓度梯度逐渐消失,整个采空区瓦斯浓度最终趋于平衡状态;相似实验和数值模拟的结果基本上吻合。以上结论为解决综采工作面瓦斯超限和防止采空区遗煤氧化升温的治理提供重要指导意义。     

采动岩体渗流与煤矿灾害防治

针对煤矿采动破碎岩体高渗透、非Darcy流等特性,利用自行研制的渗流试验装置进行渗透性测试,并在此基础上建立了能够描述采动岩体渗流非线性和随机性特征的渗流理论.以采场底板隔水关键层力学模型为基础,建立了以采动岩体渗流失稳为突水判据的预测预报体系.分析了综放工作面瓦斯涌出规律及采空区瓦斯运移规律,开发出治理高产高效综放工作面瓦斯超限的J型通风技术.     

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。     

基于同步运移理论的瓦斯抽采气固耦合数值模拟

以煤层瓦斯扩散渗流同步运移理论为基础,综合考虑瓦斯抽采过程中煤体变形引起的孔隙率、渗透率变化,建立了瓦斯抽采气固耦合动态数学模型。以晋城某矿为例,结合该矿煤层赋存特征,借助Comsol multiphysics软件进行了数值模拟,模拟结果表明在瓦斯抽采过程中有效抽采半径与抽采时间符合幂函数关系;随着煤层埋藏深度增加,上覆应力增大,煤层孔隙率和渗透率降低,是导致瓦斯抽采难度增加的主要原因,为此如何能提高煤层的渗透率和孔隙率是增加瓦斯抽采率的关键;单纯增大抽采负压对提高瓦斯抽采率影响不大。该研究结论为优化瓦斯抽采工艺参数提供了理论依据。