采场三维稳定渗流和瓦斯分布的数学模型及有限元解法

本文以多孔介质渗流和动力弥散理论为基础,建立了采场三维稳定渗流和瓦斯分布的数学模型,并给出了数学模型的Galerkin有限元解法。     

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。     

煤矿采场的瓦斯分布场重建技术

通过安全监控系统监测的瓦斯数据,研究采场瓦斯分布规律、重建瓦斯分布场,可有效实现对瓦斯爆炸事故的预防.针对煤矿井下采场瓦斯监测数据相对有限的问题,进行了基于克里金插值的瓦斯分布场重建技术研究.对采煤工作面的瓦斯浓度实测数据进行了分布特性的分析,对比了常用空间插值方法的特点,确定了基于克里金插值方法的瓦斯分布重建方法.根据地质统计学的基本原理,先对获得的原始数据进行预处理,并对实验变异函数进行计算,绘出变异函数分布图.最后利用克里金插值的3种常用理论模型对实验变异函数进行拟合,并用交叉检验的方法对3种模型拟合的效果进行检验.结果显示基于克里金插值方法实现瓦斯分布场重建技术具有令人满意的效果.     

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.     

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。     

过渡时期采场瓦斯涌出规律的研究

通过对过渡时期采场瓦斯涌出规律的研究，分析风量调整过程中瓦斯涌出和流动状态，结合铁法大明一矿实测资料，探讨了一些瓦斯管理的途径。     

采场应力和煤结构对煤与瓦斯突出的影响

本文通过具体实例,分析讨论了采场应力对矿井煤与瓦斯突出的控制作用;煤的物理性质对矿井煤与瓦斯突出的影响。研究表明:煤的灰分、挥发分含量直接影响着煤体瓦斯压力、含量及煤与瓦斯的突出。     

三维有限单元法解算采场瓦斯浓度分布

本文采用三维有限单元法来解算采场瓦斯浓度分布,介绍了计算机程序,并就几个主要问题谈一下看法。     

不规则介质采场气体渗流问题的模糊数值解研究

在利用非均匀孔隙介质稳定流动微分方程来揭示采场气体流动状态中,孔隙介质渗透性系数的估计是非常困难的,并且精确的估计也是无意义的。提出模糊渗透系数和模糊限定徽分方程的概念,建立了模糊渗流方程,并利用模糊结构元的方法得到了模糊渗流方程的近似解法。利用模糊渗流问题的求解,可以相应得到采空区内影响自然发火的各种因素区域,这为利用模糊预测技术预测采空区自然发火趋势与位置提供了非常有用的分析工具。     

水射流卸压增渗及抽采瓦斯效果的渗流力学数值解

为提高低渗煤体的瓦斯抽采性能,以重庆天府三矿为研究目标区,采用低温液氮吸附法和压汞法测定了煤层孔隙结构,分析了重庆天府矿区煤体低渗的原因,结果表明,煤体孔隙多为两端开口的平板状、管状孔,孔隙的连通性好,压汞渗透率是原位煤体渗透率的2×105倍,煤体孔隙本身的渗透性较好,煤层低渗为高地应力所致。进行了底板穿层钻孔高压水射流卸压增渗试验,试验表明,卸压后煤层渗透率增加了90倍,抽采率从17%提高到了58%,抽采量增加了4.8倍。建立了瓦斯抽采的渗流力学方程,解算了卸压增渗透前后的不同抽采时间条件下的抽采半径,优化了合理布孔间距、抽采时间,为水射流卸压抽采瓦斯效果评价提供了理论指导。     

采场温度场的计算机数值模拟原理与方法

本文根据传热学理论和多孔介质渗流理论,结合采场温度存在状态,建立了利用计算机进行煤矿井下多孔介质采场温度场数值模拟原理.同时,讨论了以三角形作为基本单元的有限元求解温度的数值法。并用FORTRAN语言和BASIC语言分别编写了计算机数值模拟和自动绘制采场等温线程序.     

13—bit格子气自动机模型对流场的模拟

13－bit格子气自动机模型是一种基于FHPⅡ模型基础上的新模型，为了验证其正确性，文中通过建立在该模型基础上的数值试验方法，对圆柱绕流、方柱绕流和多柱体绕流等典型流体流动，采用该模型模拟了它们的流场分布，与文献中用有限差分、有限元、边界元等方法的模拟结果相比较，发现13－bit格子气自动机模型能够较为真实、客观、详细的模拟流体流场；并进一步采用该模型模拟了焦炭多孔介质内流体流动，发现其能够便捷、清晰地模拟具有复杂几何边界条件的流场。     

瓦斯在井巷风流中的运移规律

本文根据空气对流扩散理论建立了井下某一瓦斯源在巷道风流中的一维弥散方程;采用实体系示试验方法确定方程中的未知系数;按照多脉冲释放分解和迭加原理可将弥散方程的解析式推广计算一个按已知规律涌出的瓦斯源在井巷风流中的运移规律.     

龙头锰矿采场结构力学

本文从工程实际出发,将理论分析,现场观测,室内试验与采矿方法熔为一体,建立了采场结构力学模型,使用尽可能简单的数学工具计算采场应力与位移,以校核采场的稳定性。最后在保证采场安全的前提下,提出为最大限度回收资源而改善采场结构的具体意见。     

岩体声发射检测技术在采场顶板安全分级中的应用

岩体在破坏过程中，必然产生声发射现象。岩体声发射的频度、强弱及高能事件与岩体的破坏过程密切相关。根据岩体声发射的特点及其相关参数将岩体声发射检测技术应用于采场顶板安全等级划分，为采矿安全管理提供技术指导。矿山实际应用情况表明该方法是可行的。     

孔隙介质渗流微观数值模拟

论述了孔隙介质渗流宏微观研究之间的联系,以及微观渗流研究的重要意义。综述了国内外有关渗流微观结构模拟方面的研究问题和当前主要研究方法,分析了各种微观物理模型及相应的各种数学模型的研究特点和研究手段。比较了孔隙结构研究的随机模拟方法和全局升尺度法,指出了两种方法的优缺点,最后对孔隙介质微观渗流研究的发展趋势进行了展望。     

浅析煤矿瓦斯综合治理的安全措施

结合山西省阳泉荫营煤矿的实际情况，就瓦斯综合治理的安全措施等有关问题进行了探讨。     

采场环境中硫化矿石氧化自热的影响因素

 堆积在采场环境中的硫化矿石容易发生氧化自热,从而造成环境污染、导致矿石结块,甚至引发矿山内因火灾事故。系统阐述了硫化矿物的晶体结构、痕量元素的含量、环境温度、铁离子、氧气浓度、空气湿度、矿石含水率、矿样的粒度分布、环境的pH值、微生物等主要因素对采场中硫化矿石氧化自热的影响。结果表明,硫化矿石在低温环境中的反应模式非常复杂,其氧化自热受诸多因素共同影响;较高的环境温度和氧气浓度有利于矿石氧化,矿样粒度越小越容易自热,铁离子与细菌对硫化矿石的氧化具有催化作用,水对矿石的氧化自热具有催化和阻化两重作用,而晶体结构、痕量元素含量的影响均表现出不确定性。