采空区注氮参数设计及三维流场分析

为了合理设计采空区注氮防火方案,以南山矿18-5采空区为研究背景,利用FLUENT软件,结合含变渗透系数的Forchheimer运动方程,对具有抽放巷和注氮管的复杂采空区模型三维流场进行了数值分析。结果表明,大流量注氮在采空区浅部即可取得很好的氧气惰化效果,随着注氮管的深入,惰化效果逐渐降低;小流量注氮取得的惰化效果具有相反的变化趋势,即二者存在不同的最佳注氮位置;受抽放巷影响,模型回风侧存在氧气富集区,仅靠注氮无法对其有效稀释,应配合工作面长距离封堵,减弱高抽巷引起的漏风。依据研究结论和现场施工条件,设计了合理的防火方案,在注氮工作之前,应首先对采空区规模、通风条件和制氮设备能力进行预先评估。     

全煤厚掘进巷道瓦斯涌出数值模拟

为揭示全煤厚掘进中煤巷瓦斯涌出规律,采用有限体积法对煤巷掘进过程中巷帮瓦斯压力及巷道瓦斯涌出速率进行数值模拟,瓦斯渗流过程控制方程采用C-N隐式时间积分方案离散化.研究结果表明:掘进煤巷巷帮采动应力集中区煤体渗透率减小对巷帮深处瓦斯向巷道方向运移具有明显的抑制作用;掘进煤巷瓦斯涌出主要集中于迎头部位,致使一个掘进循环周期内掘进煤巷瓦斯涌出总速率波动大.     

分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播规律实验及数值模拟

为了研究煤矿井下瓦斯爆炸火焰在分岔巷道内的传播规律,自制45°分岔管道实验装置开展甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸火焰传播实验,用Fluent 16.0软件模拟分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播过程。对比分析实验数据与模拟结果,得到分岔管道瓦斯爆炸火焰传播的变化规律。研究结果表明:1)分岔管道内瓦斯爆炸火焰在分岔处产生漩涡,加速管道内爆炸火焰湍流化,火焰冲击反射现象明显;2)分岔支管截面处爆炸火焰温度、传播速度、冲击波超压与离子电流峰值最大;3)瓦斯爆炸火焰传播的模拟结果与实验数据在数值上存在一定差异,但各参量总体变化趋势相同。研究结果为深入认识井下瓦斯爆炸传播机制和在巷道分岔处采取瓦斯爆炸火焰传播抑制措施提供一定参考。     

基于相似模拟实验的采动裂隙场演化规律研究

针对目前综放开采条件下对顶板岩移破坏时空演化规律研究不足的问题,采用相似模拟实验的方法对综放开采条件下覆岩移动和破坏机制以及采动裂隙分布规律和形态特征进行研究,结果表明:随工作面推进裂隙带逐渐地往上演化发展,而且当关键性岩层垮落断裂时,这种裂隙演化更为迅速;当工作面回采至240m时,离层裂隙趋于闭合,采动影响达到模型的顶部,裂隙带高度不再随着工作面推进距离的变化而改变。     

赵家寨矿井充水水源的综合判别分析

本文以赵家寨矿井为研究对象,采集了奥灰岩水样7个,L1-4灰岩水样6个,L7-8灰岩水样25个,砂岩水样2个,第三系水样1个,第四系地下水样1个,老空水样1个。灰岩水样分析结果表明,不同含水层水化学类型有一定差异,如以L7-8灰岩水HCO3-SO4型水为主。以六大离子作为判别因子,经灰色关联度分析、判别分析以及BP神经网络判别模型3种判别方法,对突水水源判别对比,综合选择出适当的水源判别方法。研究表明,该矿井以六大离子作为判别因子时选择BP神经网络分析法进行预测的结果更加可靠。     

巷道高冒封闭火区燃烧状态及表面温度场演变规律

受早期小窑私挖乱采的影响,整合矿井往往面临废旧巷道或采空区遗煤多、漏风严重且复杂,煤自燃危险性大的难题,为了判断巷道高冒封闭火区的燃烧状态及其火区发展趋势,采用煤自燃低温氧化试验研究山西朔州某矿4+9号煤层火灾指标气体及其变化规律,现场收集火区内气体初步判断火区燃烧状态,最后利用红外热成像仪圈划火区表面温度区域,定位巷道顶煤火区表面高温点并分析火区巷道表面温度场变化趋势。研究结果表明:在煤低温氧化进程中CO,C2H6和C2H4等指标气体将在特定的温度等条件下自发产生,利用指标气体出现温度和随温度变化趋势,可以初步判断火区燃烧状态及发展方向;通过巷道表面温度场能够圈划浅部隐蔽火区大致范围,验证火区燃烧状态,判断火区发展趋势,预测煤自燃的危险性,能为火区危险性预报和治理提供可靠依据。研究成果对隐蔽火源燃烧状态和发展方向分析具有一定参考价值,能够为具有类似条件的矿区防灭火工作提供借鉴。     

庞庄煤矿采空区“三带”范围确定及防灭火技术研究

针对庞庄矿7431综放工作面实际情况,沿采空区倾向布置4个测点,对采空区气体成分进行测定,采用三次样条插值的方法,按O2、CO浓度确定采空区"三带"的宽度、具体范围及遗煤处于氧化带的时间,最后根据"三带"范围确定了现场防灭火技术的实施工艺,有效防治了采空区遗煤自燃,保证了工作面的安全回采。     

钻孔瓦斯涌出的有限差分模型及数值模拟

为研究抽放钻孔中的瓦斯涌出规律,通过分析煤层瓦斯流动的机理和过程,利用达西定律和连续性方程,建立煤层瓦斯非稳定流动模型;利用有限差分法离散解算区域,建立抽放钻孔瓦斯涌出的有限差分方程组;利用Visual Basic语言编制解算软件,对钻孔瓦斯涌出的过程进行数值模拟.研究结果表明:模拟结果与实测数据的变化趋势基本吻合;所建立的瓦斯流动方程符合实际钻孔瓦斯渗流规律.该研究成果为矿井瓦斯抽采提供理论依据.     

基于改进灰色GM(1,1)模型的锚杆承载力的预测方法

原有的基于灰色GM(1,1)模型的锚杆承载力预测方法,是根据实际锚杆P—S曲线,使用灰色GM(1,1)模型直接对承载力进行模拟,因为实际锚杆P—S曲线不全是光滑的指数形状,所以模拟效果较差.针对这个缺点,对灰色理论方法进行了改进,引入了分段模拟的思想,建立了分段模拟的GM(1,1)模型.实际工程案例验证表明,改进的灰色GM(1,1)模型不仅具有较高的模拟精确度、稳定度和预测锚杆极限承载力值准确度,而且使用范围更广.     

断层对深孔聚能爆破煤层增透的影响

针对断层构造对煤层深孔聚能爆破增透效果和安全性的影响,本文在理论分析、数值模拟和现场试验研究基础上,分析了断层对爆破增透煤体裂隙生成和发育的影响,从瓦斯赋存和爆破能量传播探讨了断层对爆破安全性的影响.数值模拟结果验证了断层对爆破裂隙扩展和应力波传播的影响.现场试验表明,断层影响区爆破孔增透效果是未受断层影响区域的2.60倍,断层构造带容易造成冲孔现象,对爆破安全性有重要影响.