封闭采空区顶板垮落－空气冲击耦合模型与差分解法

基于牛顿第二定律和空气动力学原理，分析了矿山开采中突发性顶板垮落所伴随的飓风冲击灾害，建立了封闭采空区条件下顶板垮落-空气冲击的耦合模型，讨论了差分数值解法.借助数值解研究了封闭采空区条件下顶板块体运动速度的变化规律、冲击过程的作用时间，以及采空区所带巷道内压缩空气风流的速度变化规律.     

风流不稳定对采空区浮煤自燃的影响

本文列举了风流稳定性对采空区浮煤自燃影响的几起实例，揭示出风流不稳定对采空区浮煤自燃有促进作用。通过分析表明，风流不稳定既可扩大采空区氧化自燃的区域（增加氧化自燃带的宽度），使采空区发火的几率增大，又可为采空区浮煤的氧化和聚热升温提供条件（呼吸供氧），加剧浮煤的自燃，适当降低并设法稳定工作面的风量，就能消除风流不稳定对浮煤自燃的影响。减少采空区内瓦斯向外涌出，提高采空区内的瓦斯浓度，情化采空区内的空气，亦能起到防治煤炭自燃的目的。     

采煤工作面空气幕隔热技术

针对采煤工作面降温时风流漏入采空区进行热交换,再将采空区的热量带入工作面,影响工作面降温效果的问题,提出了一种利用空气幕阻隔风流进入采空区的技术并对采空区漏风量及热量进行计算。在工作面液压支架下方两柱之间设置1组空气幕,防止风流进入采空区。选取唐口煤矿1302工作面作为仿真模型,运用ANSYS FLUENT软件对阻隔风流前后工作面三维空间内温度场的分布特点以及变化规律进行数值模拟。结果表明:采用空气幕后在漏风影响的区域内温度下降较为明显,温度降低接近2℃,此时工作面内大部分区域温度≤26℃。     

沿空留巷采空区煤自燃堵漏控风机制数值模拟研究

根据开放式沿空留巷采空区漏风强度较大、风流运移规律复杂的特点,构建了沿空留巷采空区风流运移影响因素指标,建立了Y型通风采空区渗透率分布模型,提出了基于平行四边形面积判定的Y型通风工作面采空区横向氧化带区域划分方法.在漏风源堵漏控风机制分析的基础上,采用数值模拟方法,研究了漏风封堵位置影响采空区风流运移变化规律.试验结果...     

采空区风流移动规律的数值模拟与可视化显示

采用有限元计算机数值模拟，结合图形显示技术，深入研究了采煤工作面采空区的风流移动规律及计算问题，求解了二维定常流场方程，并以图形方式绘出风压分布等值线和流线，迅速直观地反映出采空区流场风压的分布和风流流动状况。重点讨论了工作面向采空区漏风的入、出变化情况，得到工作面漏向采空区的风量qL与工作面风量Q的关系qL=aQ^2。     

倾斜厚煤层综放工作面伪斜长度与上隅角瓦斯浓度耦合机制研究

倾角煤层的开采，常伴随输送机上窜、下滑问题。一般通过增加伪斜长度来确保液压支架的正常移动，并为机头机位提供更多作业空间，但伪斜长度增加会影响架间和上隅角瓦斯变化，导致工作面出现瓦斯浓度异常现象。针对倾斜厚煤层开采中容易出现上隅角瓦斯超限的问题，应用Fluent数值模拟软件，分析不同伪斜长度下采空区瓦斯浓度分布规律，确定最优伪斜长度。为研究采空区瓦斯运移规律，应用Fluent数值模拟软件，在伪斜长度分别为20、25、30、35 m条件下对“U”型通风方式下的采空区瓦斯分布及流场情况进行研究。模拟发现：伪斜长度在一定程度上影响采空区内的风流，使得采空区内风流紊乱，瓦斯局部地区集聚严重，进而对采空区内的瓦斯分布及运移造成一定的影响。研究结果表明：工作面伪斜长度对于采空区瓦斯浓度分布有显影响，随着伪斜长度的增加，采空区内风流发生提前转向，导致采空区瓦斯提前向工作面涌出，瓦斯异常区从上隅角处逐渐向工作面偏移，上隅角瓦斯浓度逐渐降低。通过模拟结果对现场伪斜长度优化应用后，试验工作面在伪斜长度25 m左右时，上隅角、回风巷最大瓦斯体积分数均控制在1%以内，工作面未出现瓦斯异常积聚现象。模拟结果与现场...     

采空区瓦斯流动规律CFD数值模拟的误差分析

以阳泉三矿K8206综放面为模型,采用CFD数值模拟方法对其采空区瓦斯流动及分布规律进行了数值模拟研究。为了分析数值模拟结果与现场实测数据的误差,建立了3条考察标准。考察结果表明,工作面瓦斯浓度分布规律与现场实测的是吻合的;回风巷、内错尾巷、高抽巷的瓦斯浓度误差分别为6%、59.2%、25%,回风巷、内错尾巷、高抽巷的风速误差均小于10%;采空区压实区的风流流态为层流,离层区风流流态为紊流与过渡流。     

采空区最小注氮量计算方法的探讨

通过提出采空区风流流动规律数学模型，应用有限差分分析原理，解算采空区内各点各组份的浓度值，由此确定出采空区注氮的最小流量值。     

风蚀地貌区浅埋厚煤层采动漏风规律研究

为研究风蚀地貌矿区浅埋厚煤层开采采空区漏风规律，以榆树岭矿井110501工作面为工程背景，通过相似模拟、数值模拟、现场实测相结合的方法对采空区漏风情况进行研究。研究结果表明：110501工作面开采后，裂隙发育至地表，地表漏风裂隙平均间距约为15 m,竖直方向上，距离煤层越近，覆岩下沉位移越大，最大下沉位移量约为8 m;裂隙贯通地表条件下，采空区自燃“三带”范围增大，地表风流为主要风源，风流路径为地表裂隙→采空区→工作面；工作面后方150 m采空区内为主要漏风区域，平均漏风强度为2.29 m³/s,采空区上覆岩层裂隙是主要漏风通道，靠近采空区回风巷侧裂隙漏风能力最强。研究结果可为风蚀地貌矿区浅埋厚煤层开采时工作面通风和采空区自燃危险区域判定提供参考。     

综放工作面瓦斯运移模拟分析

根据多孔介质的渗流规律——达西定律,建立符合某矿现场实际情况的实验室模型,以便直观地分析综放工作面对采空区瓦斯的运移影响。模型建立过程中,就U、U+I和U+L三种通风方式分别进行模拟分析,分析采空区的瓦斯运移及分布规律,同时对综放工作面的采空区内风流情况一并分析。模拟分析表明:不同的通风方式,不仅对采空区内的瓦斯分布及运移造成一定的影响,同时在一定程度上影响着采空区内的风流,使得采空区内风流紊乱,瓦斯局部地区集聚严重;模拟发现:综放工作面的新鲜风流如果过小,极易造成工作面和采空区内的瓦斯集聚,而较大的风流又在一定程度上影响着采空区的瓦斯浓度,而将风流速度控制在1. 5～3. 0 m/s的情况下,能够较好地控制综放工作面的瓦斯浓度,减少瓦斯集聚现象的发生。     

离柳矿区综采工作面瓦斯涌出规律研究

针对山西离柳矿区煤层瓦斯赋存特点及综采工作面开采条件，实测得出了工作面瓦斯浓度分布特征、工作面煤壁和采落煤块瓦斯涌出规律；通过数值模拟分析了采空区流场和瓦斯浓度分布特征，测定了采空区瓦斯涌出的有效深度；综合分析了工作面地质、开采条件对瓦斯涌出的影响.     

放顶煤采空区瓦斯源强度与自燃的关联性

研究了采空区瓦斯涌出与遗留煤自燃之间的内在耦合关联问题。通过运用G3软件对采空区非线性渗流-多组分气体-温度场和非均匀耗氧的数值模型的求解，量化给出采空区不同瓦斯涌出强度下各变量分布状态。计算结果表明：采空区瓦斯源涌出与工作面风压形成压力平衡，决定着工作面与采空区之间的风流交换和瓦斯涌出，影响变化近似呈一一对应的线性关系。瓦斯涌出强度越大，采空区氧浓度分布空间大大缩小，采空区自燃氧化带宽度与瓦斯涌出近似呈衰减变化。从自燃升温过程模拟得到，高强度瓦斯涌出能够抑制采空区自燃升温，延长了采空区自然发火期。模拟结果符合现场实际情况。研究指出高瓦斯易自燃矿井采空区瓦斯治理应与自燃防治相结合综合考虑。     

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，结合铰法小青矿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．     

煤矿采空区瓦斯治理技术研究

为了解决采空区瓦斯积聚问题，分析了瓦斯尾巷、瓦斯抽放管和瓦斯高抽巷3种方法，将理论分析和数值模拟相结合，研究不同瓦斯抽放情况下采空区内瓦斯分布情况和风流运移规律。研究得出:采空区漏风位置主要集中在进风巷附近，在瓦斯抽放设计时，需要在进风巷侧设置挡风墙；当进行采取瓦斯尾巷、瓦斯抽放管和瓦斯高抽巷抽放瓦斯时，抽放口越靠近采空区，造成采空区的漏风量以及漏风速度越大，致使采空区遗煤发生氧化的范围越大，增大了采空区自然发火的危险性，因此需要注意进风侧以及瓦斯抽放口位置处自然发火的危险。研究对降低上隅角瓦斯浓度以及采空区自然发火灾害提供了借鉴。     

采空区通地表漏风状态下的矿井诱导通风系统研究

承德铜矿采用有底柱分段崩落法开采,随着地下矿山开采进展及采空区增大,出现采空区通地表漏风现象,受采矿方法所限,漏风通道不能通过充填、封堵且与地表相通,对矿井通风系统的稳定性影响非常严重。通过分析该矿山采空区漏风特点,建立了采空区通地表三维物理模型,并基于 Fluent 软件对采空区通地表漏风风速流场规律进行了数值模拟。研究表明:采空区通地表漏风条件下,工作面及采空区流场的分布在各方向上具有明显的分区规律。漏风采空区通道距工作面越近,对工作面风流影响越大,采空区风流趋向一定的规律向回风巷道移动;当漏风速度较小时,在漏风通道和工作面的采空区风流大致呈“U”形流动,越靠近工作面风流越大。根据上述分析,提出利用通地表采空区回风,将漏风通道加入通风网络中,在风向最易改变点来诱导通地表采空区回风,形成诱导通风系统, 重建通风系统动态模型。针对控制采空区漏风的通风网络进行了诱导通风研究,较好地解决了采空区漏风问题。上述研究反映出,将采空区作为通风回路的诱导通风网络并重新优化通风网络,是解决采空区漏风控制问题的有效手段。     

尾巷风压及风量变化对采空区自然发火影响的理论分析与数值模拟

基于多孔介质的渗流连续性方程、动力弥散方程以及相似理论,建立了U+I型综放工作面与尾巷负压和风量变化相关的理论数学模型,对4种尾巷风量条件下有关采空区可能自燃带范围和回风流瓦斯浓度进行了模拟分析。通过理论分析和数值模拟发现,回风巷瓦斯浓度随尾巷风量变化幅度较大,而采空区可能自燃带宽度变化曲线较为平缓,因此,是否需要通过降低尾巷负压来减小采空区可能自燃带范围,必须根据各矿具体的实际情况而定:当工作面供风量较小时,实施意义不大;当工作面风量较大时,降低尾巷负压则可能既使回风巷瓦斯不超限,又使采空区浮煤自然发火危险性显著降低。     

汝箕沟厚煤层分层开采漏风检测与堵漏技术

通过对32211(1)工作面风流沿线压能和3229采空区各密闭墙内外及其附近巷道压能的测定,利用数值模拟,分析漏风情况。根据汝箕沟煤矿不同地点、环境密闭墙所起的作用,合理地设计密闭墙结构、选择密闭材料和施工工艺,研究出了抗冲击泄压密闭墙基础参数。     

基于Faro-3DMine及Midas-FLAC~(3D)耦合技术的实测采空区群稳定性分析

采用数值模拟法进行实测采空区群稳定性分析存在建模效率低、数值模拟精度差的问题。介绍了一种高效的实测复杂三维采空区群稳定性分析技术,以北辛庄矿区为例,采用Faro激光扫描仪探测采空区群,经3DMine处理生成矿山三维采空区群模型和多组剖面线,再导入Midas中建模,最后在FLAC~(3D)中进行采空区群稳定性数值模拟。结果表明:基于Faro-3DMine及Midas-FLAC~(3D)耦合技术能高效的对复杂采空区群进行精细化建模,准确模拟分析采空区群的稳定性,为采空区群治理提供了理论依据。     

CO涌出预测数学模型的应用

对于实验室煤样低温氧化实验条件和现场工作面采空区实际既定通风与工作面几何参数条件,可以利用相似准则,建立基于实验条件下采空区CO涌出预测的计算数学模型,并把模型应用到现场工作面。采空区遗煤自燃与采空区漏风量有关,通过FLUENT软件对北皂矿4402工作面采空区漏风流场进行数值模拟,解算出造成采空区遗煤自燃的那部分漏风量,为应用模型较准确的推出现场采空区CO涌出预测的指标范围提供了条件。     

基于拓展的Mathews稳定图法和数值模拟的采空区稳定性分析

某铅锌矿经多年开采遗留下一些未处理采空区，为进行后续开采，现需对采空区进行稳定性研究。通过拓展的Mathews稳定图法、FLAC3D数值模拟软件进行研究，并基于Mathews稳定图法分析暴露时间对采空区稳定性的影响。以矿山三个未处理采空区作为研究对象，利用RMR和Q＇值进行岩体质量分级，根据获得的岩体力学参数，使用增加了稳定性等概率线的Mathews稳定图，计算出采空区顶板及上盘的稳定性及稳定概率；计算考虑暴露时间的采空区稳定性概率，进行比较；利用FLAC 3D数值模拟软件对采空区进行稳定性数值模拟分析，并与Mathews合成图得出的结果进行对比。结果表明：综合Mathews稳定图法和FLAC 3D数值模拟，6204采空区顶板评价结果为不稳定，其他采空面均为稳定；随着暴露时间的增加，采空区稳定性随之降低，且对岩性较差的采空区有较大影响；拓展的Mathews稳定图法与数值模拟可以相互验证，综合分析采空区的稳定性。