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。     

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。     

U型通风采场瓦斯的处理技术

本文通过对Ｕ型通风采场瓦斯分布的测定及采空区内瓦斯运移规律的分析，提出了在煤层群中开采具有突出危险煤层时处理采场瓦斯的技术措施。     

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。     

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。     

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.     

高位顺层钻孔瓦斯抽放数值模拟

针对八连城煤矿19号煤层62.1%~71.6%的瓦斯来源于采空区的问题,提出高位顺层钻孔抽放采空区瓦斯的治理方案.基于关键层理论和"O"形圈理论,分析了采空区上覆岩层裂隙形态,对瓦斯在其中的运移规律进行了研究,认为在上覆岩层采动裂隙中瓦斯流动符合达西定律.利用商业软件COMSOL-Multiphysics对瓦斯抽放进行了数值模拟,直观展示了瓦斯抽采时的瓦斯分布状态.模拟结果表明瓦斯抽放有效降低了瓦斯压力,给现场瓦斯抽放提供了理论依据,具有重要的实践意义.     

基于数值模拟的塔山煤矿8104综放面瓦斯治理方案选择

本研究首先对塔山煤矿8104综放面的瓦斯抽放必要性和可行性进行了分析,结果显示,该工作面需要进行瓦斯抽放,而且,不具备本煤层瓦斯预抽条件。提出了解决该工作面邻近层及采空区瓦斯涌出的三种方案,即上隅角抽采、顶板巷自然引排和顶板巷抽采;然后,采用数值模拟手段对这三种方案条件下的瓦斯运移规律进行研究,得出了相应的工作面及采空区压力分布、空气速度分布及瓦斯浓度分布图。研究结果显示,采用上隅角瓦斯抽采和顶板巷密闭抽采后,虽然可以大幅度降低上隅角瓦斯浓度,但是,容易导致采空区遗煤自燃;采用顶板巷自然引排瓦斯后,也基本上能够解决上隅角瓦斯问题,但是,采场瓦斯浓度容易超限。因此,建议该工作面采用顶板巷自然引排和喷洒活性剂相结合的措施来治理瓦斯,既可有效防止上隅角瓦斯超限,又可最大限度降低对采空区自然发火的影响。     

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。     

短壁开采覆岩关键层的力学分析

针对短壁开采中的覆岩关键层的岩性和结构特征,对短壁开采覆岩关键层进行了力学分析,推导了相应的关键层变形关系式,得到了各种开采参数下关键层的变形,提出了有效控制关键层下沉的措施。为短壁开采设计和地表沉陷预计提供了参考依据。     

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.     

面向顶板类型识别的人工神经元网络模型

基于地下岩体赋存环境复杂性的特点，采面顶板类型识别问题是一个比较复杂的问题，它受制于岩石强度Ｒ＿ｃ、裂隙间距Ｉ、分层厚度ｈ、垮落步距Ｌ等众多的影响因素，这是一典型的复杂非线性系统问题，因而用传统数学方法所建模型误差较大。本文运用人工神经元网络建立了采面顶板类型识别的神经网络模型，进行了实例研究，并同用模糊数学方法所建模型进行了对比。图１，表１，参８。     

采空区自然发火位置相似模拟模型

为了研究不同类型的采空区漏风对采空区自然发火的影响,依据采空区的漏风状态不同,把采空区划分成不同的火灾危险区域,以此判断采空区发火位置。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;设计了采空区充填带,并获得了采空区风压等值线及风流分布图。     

采空区自然发火危险区域判定

针对采空区煤炭容易发生自燃问题,且采窄区发火危险区域尚不明晰,通过对采空区内气体监测以及建立采空区流场和温度场耦合数学模型,采用该模型对采空区自然发火数值模拟,判断出发火危险区域位置,从而对煤炭安全高效生产起到良好的指导作用.     

不规则介质采场模糊渗流的数学模型

由于采空陷落岩石构成的气体孔隙渗流介质空间是极度复杂和不规则的,并且目前还不存在可行的手段对采空区内部状态进行观测。利用传统的数学物理方法描述的渗流问题的精确解与采空区岩石陷落形成严重不规则介质空间的现实是不相符的。本文提出了采场气体渗流的模糊微分方程,给出了模糊渗透性系数和非均匀 孔隙介质采场气体稳定渗流的模糊解概念。     

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。     

复杂条件下综采采空区自燃“三带”划分数值模拟

受复杂地质条件影响,用埋管取样分析方法划分采空区三带有诸多限制,采用数值模拟方法成为分析采空区三带的主要手段。本文利用Fluent流体力学模拟软件,对淮南矿业集团潘北1121(3)综采工作面采空区进行流场模拟,并根据采空区内漏风风速划分指标确定了三带的位置及范围。结果表明,氧化带的宽度在40.0m左右,以此推论工作面采空区内部自然发火的可能性较小。最后,改变工作面的供风量,得出不同供风量对采空区三带位置和范围的影响。模拟结果显示,工作面的供风量越大,采空区氧化带位置越向采空区深部延伸,且氧化带的范围越大。