高集中化生产矿井采区煤仓退化的仿真分析

根据铁法晓南矿原东一采区的观测资料，利用计算机仿真技术模拟了采区出煤系统的运煤过程，讨论了采区系统各环节的可靠性与出煤生产的关系。从理论上证明了在高效单工作面生产的连续化运输系统中，采区煤仓的容量已经退化，采区的独立性也趋于淡化，进而推论出未来的矿井设计理念将会发生改变。     

锚支巷道沿空延迟冒落采空区风流规律研究

锚杆锚索支护的回采巷道采后不及时冒落,形成特殊的沿空漏风边界的采空区流场.运用有限元数值模拟方法,结合铁法小青矿S2-705工作面现场实际,从理论上描绘了采空区漏风流动规律的改变特征,给出风流强度分布图解.研究认为,不冒落形成的沿空漏风边界是工作面向采空区的漏入、漏回的主流边界,漏风强度最高;贴近工作面边界的冒落非压实带存在平行渗流.这种流势导致了在下游回风侧的沿空巷道内形成瓦斯集聚,并提出了预先拆锚杆卸顶或局部通风机抽排放两种解决途径.图5,参5.     

超长煤巷监测数据背景CO筛查及自燃预判研究

为了解决超长双煤巷自燃发热的早期预报问题,在自燃标志气体分析法失效的情况下,运用井下监测系统大数据的CO趋势分析法。为了筛除井下柴油机动车尾气产生CO的波动干扰,创新提出能够仅反映煤相对缓慢氧化的背景CO体积分数的概念;对矿井某一独立通风的考察区域,在某一足够长的时间段内,总能找到所有柴油车都不工作的极端时刻（或不受尾气干扰的情况）,且CO体积分数值被监测系统记录到,从而建立了背景CO体积分数的筛查方法;经时间单元周期为0.125 d和0.5 d时的筛查结果对比,随着考察时间单元的取大,CO体积分数曲线越来越低,波动减小,背景CO体积分数曲线越来越清晰,证明其客观存在性。以最短自然发火期的一部分为考查期,依据背景CO体积分数的趋势走势来预判煤柱自然发火,结合红庆梁煤矿经验,得到CO趋势递增率k^*₁=0.607×10^-6 d^-1,以此作为自燃危险预判的临界指标,将自燃危险预警分三级,即当k₁ ≥k^*₁,一级预警,启动重点巡查,将超长距离...     

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.     

采空区自然发火"三带"划分的数值模拟

结合实例，用迎风有限元方法求解回采采空区漏风渗流方程和氧气渗流耗散方程，从理论上说明采空区氧浓度分布的不均匀衡性，用高氧浓度区与蓄热区迭加确定采空区自燃氧化带，以及在各种边界条件下自燃氧化带形状所发生的变化，得出自燃氧化度与工作面风量近似叶负指数关系，由此导出采空区自然发火危险的判定条件。     

灾害气体在风网中传播的时间-事件混合步长法

为仿真描述有源风网上外源气体涌入运移过程,创新引入事件步长法,把风网中外源气体组分运动到达某一节点作为一个事件,同时取同期其他分支事件所经历的最短时间作为下一个时间步长,考察记录网络分支中外源气体到达的位置.为减小截断误差,对过大的事件时间步长作出限定,形成所谓"时间-事件混合步长"法.使每个迭代时间步长都能至少有外源气体到达某一个节点,采用节点分支汇流法计算节点浓度,使网络节点上气体浓度得到及时更新.结合矿井瓦斯突出流在网络中的扩散给出了算例,展示了不同时刻瓦斯达到网络各个节点的过程.研究结果表明:新方法能够自动截取网络中组分气体流动的微小事件变化,防止因过大的时间步长导致的截断误差;与单纯的时间步长法相比,计算精度高,模拟仿真更准确.     

采空区沿空通风巷道边界漏风分布的迭代计算

为了提高计算采空区漏风流动状态的有限元计算精度,提出用迭代方法处理沿空通风巷道(或工作面)边界条件,给出了迭代格式和计算方法,针对工作面的侧漏风问题提出了工作面漏风率的概念,结合算例,从理论上证明沿程漏风巷道的风压分布(1类边界条件)是非线性的,指出在漏风量占总供风量的比例不是很大的情况下,工作面风压分布基本近似于线性分布;迭代收敛的快慢与漏风量大小有关.     

工作面反风时采空区场量分布变动的数值模拟

结合华兴煤矿1318炮放面实例,运用数值模拟手段,描绘了工作面反风时采空区流场内漏风流,氧、CO和瓦斯各组分气体,以及温度等的分布变动过程,给出了反风时沿工作面边界各组分气体涌出量的变化规律. 模拟在反风后,场内各组分气体含量分布重心发生倒置,原上游高温区被冷却,下游低温区逐渐转变为新的高温区,使采空区的温度上升过程重新回到一个相对较低的温度起点,使自燃升温得到一定的延缓. 反风后,场内CO气体涌出量经历突降-回跳上升-缓慢衰减-再逐渐增加的跳动过程,瓦斯涌出量在经历大幅度突降和回跳后,其增幅度不大. 用埋管抽放的办法能够防止因反风导致工作面内有害气体超限,同时给出了反风的实施条件,即必须确保采空区无明火.     

煤层注水渗透特征的参数反演

为克服实验室测定方法的条件限制和方法本身存在“以点代面”的不足，提出用可变容差最优化方法根据注水试验观测资料反演煤体导水参数和贮水参数的方案，建立了煤体湿润的观测值(水分增值)与计算值的相对偏差最小为搜索目标函数。提出利用对己知参数的正向结果的反演计算来验证反演算法的精度。通过用不同初值对自身的反演，结果表明，反演收敛快，精度高，稳定性好，对初值的选择要求不高。在进行抗噪性实例检验计算中，迭代21次，调用有限元数值模型42次后参数既趋向稳定；湿润分布(水分增值)的最大绝对误差不超过0．03％，计算精度满足工程要求。这项研究，能够实现利用现场注水的结果不断修正模型参数，使模型不断适应煤层条件的变化。