新景矿9#煤顺层钻孔瓦斯抽采固-气耦合模型数值模拟

为了探讨顺层瓦斯抽采时的瓦斯渗流运移规律,提高低渗透煤层的抽采效率,运用弹塑力学理论,基于煤体骨架有效应力的变形特性,利用Kozeny-Carman方程进行理论推导,建立了钻孔周围煤体弹性形变与塑性形变的渗透率与孔隙率动态变化模型.结合多孔介质渗流力学理论,建立了钻孔抽采瓦斯渗流固-气耦合模型.针对新景矿9#煤的地质条件,运用COMSOL计算软件,对其耦合模型进行数值计算,得出了布孔间距与单钻孔有效抽采半径之间的关系.模拟结果表明：随着钻孔不断抽采,钻孔瓦斯抽采量初期比较大并能维持一段时间,随后将逐渐减小,最后接近稳定值,同时钻孔有效抽采半径也逐渐变大,但变化的程度越来越小.通过现场实际运用,验证了该模型与关系式的有效性与正确性.     

回采工作面瓦斯运移规律的数值模拟

基于异重流原理,从紊流状态下的守恒原理出发,导出描述回采工作面风流中瓦斯紊流运移的微分方程,并采用ＳＩＭＰＬＥ方法求解。通过数值模拟,得到工作面采煤机地瓦斯浓度分布结果,采煤机附近高浓度区瓦斯浓度随风速增加呈幂指数降低,随瓦其涌出量增加而线性增加。     

煤层钻孔瓦斯抽放数值模拟

为了寻求合理的钻孔抽放参数,采用数值模拟的方法,应用计算流体力学软件fluent6.3建立了钻孔瓦斯抽放流动模型,通过气体渗流理论模拟抽放过程瓦斯流动规律,分析了抽放负压和煤层渗透率对瓦斯抽放效果的影响规律。结果表明:瓦斯抽放有效半径为2 m左右,抽放负压对抽放半径的影响不是很明显;瓦斯抽出量随抽放负压的升高而增加;煤层渗透率对瓦斯抽放量的影响比较大。模拟的抽放影响半径与现场实测结果基本一致。该模型可以对现场瓦斯抽放提供理论指导。     

顺层钻孔抽采瓦斯有效半径数值模拟与实测研究

为准确地确定顺层钻孔抽采瓦斯的有效半径,结合实际阳泉矿区某矿煤层赋存参数条件,运用FLUENT软件对单个钻孔和多个钻孔抽采下的煤层瓦斯渗流场进行了数值模拟分析。结果表明:该工作面抽采时间60 d的单个钻孔理论瓦斯有效抽采半径为1.73 m;多钻孔抽采条件下相邻钻孔的间距对瓦斯渗流场的影响具有一定的规律;数值模拟结果与实测结果具有较好的一致性。     

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.     

本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的渗流场数值模拟

针对本煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题,通过建立钻孔抽采瓦斯的渗流场控制方程和煤层变形场控制方程,结合钻孔抽采瓦斯的初始及边界条件,推导出钻孔抽采瓦斯渗流的固气耦合数学模型.以石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔瓦斯抽采为工程实例,基于研究区域的煤层瓦斯赋存特征,采用数值模拟计算方法,获得了本煤层单一顺层钻孔周围煤层瓦斯压力、煤层瓦斯渗透率、煤层瓦斯渗流速度和煤层变形的分布规律.确定了本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效影响半径,从而为本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的优化布置提供了依据.研究结果表明,石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效半径分别为4 m左右;在延长钻孔抽放时间不到20%的情况下,减少了钻孔工程量50%左右,抽采效果良好.     

确定采空区合理瓦斯抽放流量的数值模拟

用有限元数值模拟方法结合图形显示技术,对铁法小青矿 S_2403采空区瓦斯抽放问题进行了分析,模拟了采空区瓦斯分布、回风隅角瓦斯聚积以及瓦斯抽放的流体力学原理,重点探讨了利用数值模拟方法解决抽放流量的合理确定问题:抽放瓦斯可降低通风强度,并能控制采空区瓦斯向工作面涌出;理论上还可进一步改进抽放工艺为单纯埋管抽放方式,适当提高抽放流量,以达到安全、经济的目的。     

双重孔隙可压密煤层瓦斯运移的数值模拟

建立了双重孔隙,可压密煤层瓦斯运移方程和数值模拟方程,通过计算机数值模拟解,并运用相似理论,得到了煤层瓦斯压力分布曲线和煤（孔）壁瓦斯涌出衰减曲线。     

顺煤层钻孔抽放瓦斯数值模拟与应用

为获取顺煤层钻孔抽放瓦斯的合理参数,依据煤层瓦斯流动理论和质量守恒定律,以顺煤层抽放钻孔周围瓦斯流场为研究对象,建立了钻孔抽放瓦斯流动方程的数学模型. 以新庄孜煤矿5213掘进工作面为例,采用MATLAB对钻孔瓦斯流场进行数值模拟,并与矿井的实际抽放情况进行了比较和分析,得出了适合该矿煤层的瓦斯抽放参数. 抽放参数可以在淮南矿区相近煤层赋存条件下推广应用,以利于矿区高瓦斯矿井的安全生产.     

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。     

采空区高位钻孔瓦斯抽放的数值模拟

依据Darcy定律,在Navier-Stocks方程的基础上,对祁南煤矿综采工作面采空区瓦斯抽放问题作了计算分析,并进行了CFD数值模拟.从理论上模拟采空区瓦斯聚集过程,直观展示了瓦斯抽采时采空区流态、瓦斯分布变化.把抽放钻孔布置在顶板裂隙内,结合上隅角埋管实施瓦斯抽放,该抽放瓦斯技术起到了对开采工作面上隅角瓦斯的截流作用,现场管路测量显示,可抽出高浓度瓦斯达30%～80%(体积分数),工作面回风瓦斯的体积分数基本控制在0.3%以下.     

鹤煤九矿瓦斯抽采钻孔布置数值模拟及应用

钻孔预抽煤层瓦斯是目前治理矿井瓦斯的主要措施。以瓦斯渗流理论为基础,以钻孔抽采周围流场为径向流场,建立了钻孔周围瓦斯流动数学方程;并结合鹤煤九矿3104工作面具体抽采条件,利用COMSOL Multiphysics软件对钻孔预抽煤层瓦斯在不同抽采时间、不同抽采负压和不同钻孔直径下周围瓦斯压力分布进行数值模拟。并将上述模拟结果确定的抽采钻孔布置参数在3104采煤工作面进行煤层瓦斯预抽实践;抽采后经效果检验,残余瓦斯压力、残余瓦斯含量等均与《煤矿瓦斯抽采基本指标》中的相关规定相符合,3104工作面已经消除了煤与瓦斯突出的危险性。     

钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟

钻孔抽放瓦斯是中国利用和治理煤层瓦斯最主要的方法。随着开采深度的加深,地应力场等因素对瓦斯渗流的影响越来越明显。基于对煤层瓦斯一系列的假设的基础上,考虑了地应力、煤层瓦斯压力变化对煤体骨架产生的变形的影响,推导出了孔隙率、渗透率的表达式。运用多孔介质渗流的基本定理和流固耦合的基本理论得出了瓦斯流固耦合控制方程。运用多物理场耦合分析软件对钻孔抽放下的瓦斯渗流场进行了模拟分析。得到了钻孔抽放条件下瓦斯压力的分布、不同的埋藏深度下以及不同的钻孔参数（抽放负压、钻孔半径）对瓦斯渗流场的影响。分析模拟结果可以对现场     

采空区瓦斯渗透影响的综放面瓦斯运移模拟研究

采用UDEC数值模拟软件,结合实验数据,分析了上层煤层采动对相邻煤层之间岩层的影响,得出岩层裂隙发育规律;依据岩层裂隙发育规律和现场监测数据,利用Fluent软件建立模型,分析工作面不同推进距离时的瓦斯渗透规律。模拟结果表明:随着采煤工作面的推进,综放面后方未冒落区底板受采动影响破坏深度趋于稳定值,邻近煤层采空区瓦斯的渗透量逐渐增加,对综放面瓦斯运移的影响相应变大。     

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.     

薄煤层初采期间的采场瓦斯运移规律

针对新立煤矿90#层采煤工作面初采期间的瓦斯涌出情况,在确定采场关键参数基础上,运用数值模拟和现场实测,进行初采期间薄煤层采场瓦斯运移规律研究。结果表明:漏风主要影响采空区下部瓦斯浓度分布;采空区的瓦斯积聚区域为底板裂隙区下部和回风巷附近的裂隙区;采空区的高浓度瓦斯流出和上隅角低风速共同导致上隅角瓦斯积聚。现场实测证明了研究结论可靠。     

煤层瓦斯运移的模拟现状分析

本文从实验技术和数值模拟两方面分析了煤层瓦斯渗流、瓦斯抽放、瓦斯涌出和瓦斯突出的模拟现状,总结了前人的研究成果,提出了新的研究方法Boltzmann,这为进一步探讨矿下瓦斯运移提供新的思路。     

含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合数值模拟

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,并引入煤体变形过程中细观单元损伤与透气性演化的耦合作用方程,建立了含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合作用模型·应用该模型模拟研究了煤矿开采诱发的煤与瓦斯突出过程、突出前后煤体中瓦斯压力的变化规律以及采动影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,这对于进一步深入理解煤与瓦斯突出机理、瓦斯抽放作用机制等并采取相应的预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义·     

独头巷道内瓦斯运移规律数值模拟

独头巷道内瓦斯异常出是引起煤矿井下瓦斯爆炸事故的主要原因之一.采用计算流体力学软件对独头端异常涌出后瓦斯在巷道中时空分布规律进行数值模拟研究.独头端的涌出速度采用幂函数的变化规律进行模拟.模拟过程监测了不同时刻巷道中心线瓦斯浓度分布情况以及巷道不同断面瓦斯浓度分布等值线图.模拟结果表明,巷道上部分瓦斯浓度比下部分瓦斯浓度大,瓦斯浓度沿巷道分为3个部分:先降低,后升高,然后又降低.涌出后一段时间瓦斯浓度降低部分非常短,整个瓦斯浓度是升高部分,且沿巷道长度方向基本呈直线升高.该研究对矿井瓦斯爆炸事故调查、通风风量调节、灾害预警以及应急救援具有一定的意义.     

回采面上隅角埋管抽放采空区瓦斯数值模拟

针对中小型高瓦斯矿井的实际情况,采用数值模拟确定提高瓦斯抽放效率的方案.按照渗流力学的方法将采空区视为连续的渗流空间,采用GAMB IT建立采空区计算几何模型.确定了冒落带的孔隙率和黏性系数.采用FLUENT软件对采空区瓦斯涌出量及埋管抽放瓦斯进行数值模拟,得到了采空区沿工作面走向、倾向和竖向3个不同方向上瓦斯浓度的分布规律,以及埋管抽放采空区瓦斯的最佳参数.模拟结果表明,在抽放管路压力为-100Pa时,抽放管路内和上隅角瓦斯浓度随着抽放位置的变化呈现规律性.当抽放位置距底板垂高2m、沿倾斜方向距回风巷道1m、沿走向深入采空区4m时,瓦斯抽放效果最佳,上隅角瓦斯浓度降至1.1%.上隅角区域采取封堵措施后,上隅角瓦斯浓度降至0.7%.