高瓦斯综放工作面采空区瓦斯涌出规律

 针对山西某矿煤层瓦斯赋存特点及高瓦斯综放工作面开采条件,采用数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了U+I 型通风采空区瓦斯流场以及瓦斯运移规律,分析了瓦斯涌出与产煤量和周期来压的关系。数值模拟结果表明;U+I 型通风可以有效降低回风巷和上隅角瓦斯体积分数;随着工作面推进,采空区后方形成的瓦斯富集带会不断扩大,回风侧后方瓦斯体积分数升高。现场实测结果表明:进风侧至工作面中部瓦斯体积分数变化幅度较小,靠近回风侧50 m 范围内瓦斯体积分数增加较快;绝对瓦斯涌出量与产煤量成近似线性关系,顶板初次来压后瓦斯涌出呈现周期性变化,经对比研究,数值模拟得到的瓦斯体积分数分布规律与现场实测结果相吻合;在采空区后方回风侧附近采用埋管抽放高浓度瓦斯是可行的,可以大量减少瓦斯涌出。     

W型通风采空区自燃带和瓦斯运移规律的数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent对焦煤集团某矿2303综放面采空区进行了数值模拟,研究2303综放面采用W型通风方式下采空区的自燃带和瓦斯运移规律。结果表明:2303综放面采用W型通风系统后,工作面两端压差较少,可以有效防止采空区煤炭自燃,能起到均压防灭火的作用,可以有效的解决上隅角瓦斯超限问题和减小采空区瓦斯爆炸界限宽度,通过对W型通风方式下两条进风巷风量为1:1、1:2、2:3时进行分析得出,当两条进风巷风量相同时工作面向采空区漏风量和工作面两端压差最小。现场实测氧气浓度与数值模拟氧气浓度相吻合,验证了数值模拟方法的可靠性。     

“两进一回”复杂采场采空区注氮防灭火模拟

为研究偏"W"型"两进一回"通风方式下瓦斯和氧气浓度分布规律及采空区注氮防灭火技术,建立了偏"W"型通风方式下存有遗留巷道采场的三维物理模型.在将采空区孔隙度设置为非均匀连续分布的条件下,运用Fluent软件对采空区压力场、速度场及瓦斯抽采情况进行了数值模拟,并且模拟分析了不同注氮量不同注氮口位置采空区惰化效果.研究结果表明:工作面两端压差和漏风规律及采空区瓦斯和氧气浓度分布规律与现场实测结果相接近;随着瓦斯抽采强度增大,采空区最高瓦斯浓度减小,氧化带宽度在皮带巷侧有缩小趋势,在轨道巷侧有增大趋势;段王煤矿150405工作面最合适的注氮量约为1 140 m3/h,其最佳注氮位置距工作面40 m左右.     

上邻近保护层开采Y型通风采空区瓦斯分布规律及控制——平煤六矿戊_8-32010工作面案例研究

为掌握上邻近保护层开采时Y型通风工作面采空区的瓦斯分布规律,并控制采空区的瓦斯涌出,文中首先针对平煤六矿戊_8-32010工作面建立了采空区瓦斯涌出理论模型,依据现场情况设置瓦斯涌出条件并设置了机巷风量与风巷风量配比分别为1∶3,1∶2和1∶1.5时的入口风速,建立了瓦斯-空气混合气体在采空区里运移的方程组,利用FLUENT软件进行了这3种风量配比条件下的采空区瓦斯分布规律的数值试验,将此结果与现场工业性试验结果进行了对比分析,确定了适合该工作面的风量分配,最后利用数值模拟分析了留巷钻孔法的抽采效果。结果表明:越往Y型通风采空区以深,瓦斯浓度越高,且采空区尾部风巷侧体积分数高于尾部留巷侧;风巷风量越大,工作面瓦斯浓度越小,风巷风量越小,工作面和留巷瓦斯浓度越大;在留巷向采空区尾部施工抽采钻孔可以实现瓦斯的高效高浓抽采。     

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。     

采空区自燃带和瓦斯分布规律的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对潞安集团某矿6206综采工作面采空区进行数值模拟,研究工作面采用Y型通风系统时采空区自燃带和瓦斯的分布规律。结果表明:将6206综采工作面改造为Y型通风系统后,工作面和采空区的最低负压区在回风巷出口处,涌出的瓦斯涌入回风巷后排出,工作面向采空区的漏风量较大,散热带基本处于采空区整个区域内,自燃带范围较小;Y型通风方式可以有效防止采空区煤炭自燃,解决上隅角瓦斯积聚和回风巷瓦斯超限问题。工作面的理论计算风速值与数值模拟风速值吻合,验证了数值模拟方法的可靠性。     

“Y”型通风下采空区自然发火数值模拟

针对综采工作面"U"型与"Y"型通风特点,建立了多场耦合的采空区自然发火模型,开发了基于有限体积法离散的模型解算程序,结合实例研究了相同条件下"U"型与"Y"型通风对采空区自然发火的影响,给出了不同通风系统下的采空区压力场、速度场、氧浓度场以及冒落煤岩固体温度场的分布情况.对比研究表明:"Y"型通风增大了采空区的漏风量,扩大了较高浓度氧气的分布范围,从而导致采空区温度更高.最后分析了"Y"型通风下的采空区漏风变化特点.该成果对"Y"型通风下的采空区自然发火防治工作具有一定指导意义.     

综采工作面采空区封闭与惰化防灭火技术的数值模拟

为了验证综采工作面采空区封闭与惰化过程中相关技术参数的合理性,了解注惰过程中各组分气体体积分数分布及扩散规律,掌握其随时间变化特点,依据气流渗透及扩散理论,运用Fluent软件对采空区封闭后惰化过程进行数值模拟,并采用现场取样化验分析的方法对采空区封闭后注惰过程中气体体积分数进行监测.通过对比发现,模拟结果与监测数据基本吻合,验证了模拟结果的准确性.由模拟结果可知:双"U"型通风系统的存在使得采空区内部空间具有较为均匀的风流流场分布;在正常通风情况下,O2、CO2及N2体积分数随距工作面距离的增加而逐步降低,CH4体积分数以下隅角为中心径向逐步增大;随着注惰进程的推移,O2和N2体积分数随着注惰时间的累积逐步升高,CH4和CO2体积分数则反之.     

综放工作面采空区瓦斯抽采对氧化升温带影响

为解决综放工作面回采期间瓦斯涌出量大、瓦斯抽采导致采空区漏风增加且易发生自然发火的问题,以红庙矿5-2S工作面自然发火和瓦斯抽采综合治理为例,采用现场实测和数值模拟相结合的方法,运用流体计算软件COMSOL对不同抽采量、不同抽采口位置时对氧化升温带影响规律进行研究.研究结果表明:采空区自燃"三带"数值模拟变化规律与现场监测数据相吻合;采空区瓦斯抽采量和抽采口所在位置与采空区自然发火危险性成正相关;5-2S工作面推进速度从3 m/d增加到3.2 m/d,瓦斯极限抽采量由31.71 m~3/h增加到120 m~3/h;距工作面切顶线10~20 m是采空区工作面最佳抽采位置.     

高瓦斯突出煤层工作面采空区瓦斯防治技术研究

针对高瓦斯突出煤层工作面上隅角瓦斯易超限的技术难题,以邹庄矿3204工作面为工程背景,利用数值模拟、理论分析、现场实测的研究方法,对采空区埋管及无埋管条件下工作面及采空区瓦斯分布规律进行了研究。结果表明:采空区埋管增加了上隅角瓦斯流动的通道,分流了采空区及工作面涌出的部分瓦斯,降低了上隅角及回风巷瓦斯浓度。据此,提出了采空区埋管为主,高位钻场抽采为辅的采空区瓦斯治理方案,现场实测验证了工作面高位钻场布置层位的合理性。工业性试验表明:采空区埋管为主,高位钻场抽采为辅的采空区瓦斯治理方案对实现采空区瓦斯治理具有积极意义。     

高抽巷瓦斯抽采对工作面安全开采的影响分析

为了探究高抽巷瓦斯抽采对工作面安全开采的影响,依据401101工作面的巷道布置情况,建立了工作面与采空区的数学物理模型。应用Fluent软件对工作面在有无高抽巷及高抽巷不同抽采能力下采空区的氧浓度以及瓦斯浓度分布规律进行了数值模拟,获得了上隅角瓦斯浓度与采空区氧浓度分布情况。模拟结果与现场实测数据表明:高抽巷能有效解决工作面上隅角瓦斯超限问题;随高抽巷抽采瓦斯能力的增大,上隅角瓦斯浓度不断降低,但采空区氧化升温带的宽度和深度会增加,使得煤自燃危险性和防灭火压力增大;综合考虑防止瓦斯超限及采空区煤自燃,并保证工作面安全开采,高抽巷瓦斯抽采能力以0.25~0.3为宜。     

掘进工作面风流流场和瓦斯分布数值模拟分析

为了准确掌握掘进工作面涌出瓦斯的分布状况和瓦斯积聚的规律,利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对局部通风掘进工作面的风流流场进行了数值模拟,建立了用于工作面流场模拟的几何模型,确定了通风流场的数学模型,并与试验结果相对比验证了模拟结果的准确性。研究表明:使用RNG k-ε双方程湍流模型对工作面的流场进行模拟,能够得到比较可靠的流场,在此基础上采用瓦斯源对局部通风掘进工作面的瓦斯分布进行了数值模拟,风筒布置于巷道顶部时瓦斯主要积聚于巷道两帮下部,回风瓦斯浓度模拟结果与理论计算值一致。     

采空区瓦斯浓度分布及运移规律研究

针对采空区瓦斯运移包括渗流和非均质气体的扩散两个方面的问题,利用渗流理论、气体扩散理论为基础建立起采空区风流流动数学模型,以及采空区瓦斯运移的数学模型,并采用计算机数值求解,将数值模拟结果与现场实测数据结果进行对比分析,提出了采空区瓦斯浓度分布特征及瓦斯运移规律。     

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。     

基于FLUENT的大倾角综放面通风降尘系统

针对大倾角综放工作面倾角大、风流运动多变导致通风系统复杂、最优排尘风速难确定等问题,基于气固两相流动理论,建立大倾角综放工作面仿真模型.通过FLUENT软件进行数值模拟,研究了不同通风方式下综放工作面风流运动规律和粉尘分布、上行通风与下行通风的降尘机理及大倾角综放工作面的最优排尘风速.结果表明:上行通风时,人行道空间的沿程粉尘质量浓度为1200~1600mg/m3;下行通风时,人行道空间的沿程粉尘质量浓度为460~600mg/m3.下行通风方式更加适用于大倾角综放工作面.最优排尘风速为25~28m/s,入口风速不宜超过30m/s.对比工作面现场实测粉尘质量浓度与数值模拟分析可知,二者结果较为一致,验证了数值模拟结果的可靠性与准确性.研究结果可为大倾角综放工作面采取有针对性的防尘措施提供理论指导.     

高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计

基于采空区覆岩裂隙分布规律、覆岩裂隙瓦斯流动规律和高位钻孔抽采技术研究现状,从覆岩"竖三带"、"O"形圈和U型通风条件下采动裂隙瓦斯流动规律出发,找出高位钻孔的理论合理布置区域,指出工作面后方50m范围内覆岩裂隙发育状况是高位钻孔层位设计的关键,针对祁南煤矿32煤层的特点,结合现场采用数值模拟方法模拟不同开采速度条件下覆岩裂隙发育规律,优化设计高位钻孔的抽采参数,在34下2工作面和3410工作面的现场试验中,高位钻孔抽采浓度和抽采率得到大大提高,取得了较好的抽采效果,验证了研究的正确性。     

沿空留巷“Y”型通风在沙曲矿综采工作面瓦斯治理中的应用

结合华晋焦煤有限责任公司沙曲矿24202综采工作面＂Y＂型通风方式下瓦斯抽采数据,通过理论和实测对比分析,对＂Y＂型通风方式下综采工作面瓦斯的分布规律进行了细致的研究,为采空区瓦斯治理提供了可靠的理论依据,实践证明＂Y＂型通风方式对有效治理瓦斯有着重要意义。     

Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究

为了找出Y型通风工作面采空区中瓦斯流场的分布规律,为采空区瓦斯治理提供理论依据,应用流体力学模拟软件Fluent对两进一回Y型通风工作面采空区流场、瓦斯浓度场的分布进行了模拟研究,得到采空区瓦斯流动及浓度分布规律为:沿走向向采空区深部瓦斯浓度逐渐增大,沿倾向从下向上瓦斯浓度逐渐增大,沿空留巷的末端是能位的最低点,漏风向沿空留巷末端方向流动,可以解决上隅角瓦斯积聚问题。     

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.