基于LBM方法的瓦斯顺层抽放数值模拟分析

根据格子玻尔兹曼(LBM)计算技术以及相应渗流理论,对顺层抽放条件下,裂隙煤体内瓦斯流动这一渗流问题进行了数值模拟研究,并对瓦斯压力在空间上的分布规律进行了深入的研究。以流场内瓦斯压力分布及瓦斯平均压力作为评价抽放效率的依据。结果表明,瓦斯压力分布、抽放效率与抽放孔长度、抽放孔间距、抽放负压、抽放时间步长有关。而且,抽放孔长度、抽放孔间距对瓦斯压力的分布影响较大,这与已有的理论分析和实测的结果相吻合。在预抽工作面进行了工业试验,通过改变抽放负压,检验了实际的抽放效果。研究结果表明LBM方法可为抽放条件下瓦斯在煤层中的运移规律提供新的研究途径,对瓦斯抽放有较大的指导意义。     

煤层钻孔瓦斯抽放参数模拟与应用

为了优化煤层钻孔瓦斯抽放参数,结合质量守恒定律和煤层瓦斯运移理论,以煤层抽放钻孔附近的瓦斯流场为研究对象,建立了瓦斯运移的数学模型。并以薛湖煤矿2307机巷掘进工作面为例,采用MATLAB对煤层钻孔瓦斯流场进行了数值模拟,并与矿井的实际瓦斯抽放情况作了对比分析,得出了适应该矿区煤层的瓦斯抽放参数。     

综放工作面顶煤瓦斯抽放数值模拟研究

结合专利技术"综放工作面架载顶煤瓦斯抽放系统",运用数值模拟软件模拟架载顶煤抽放钻孔处于不同位置时顶煤区域内瓦斯压力、顶煤瓦斯卸压范围、顶煤瓦斯浓度的分布与变化规律,分析综放工作面顶煤瓦斯运移规律和瓦斯抽放效果。模拟结果表明:抽放半径、抽放瓦斯浓度均随架载抽放管的插入深度增加而增大,顶煤瓦斯卸压范围的大小随架载抽放装置插入深度的增加而逐渐接近架载抽放钻孔的长度。     

东庞矿瓦斯抽放参数优化数值模拟

利用FLUENT建立瓦斯抽放模拟的数学模型,并运该模型对东庞矿2609工作面走向高抽巷的三个水平距离、五个瓦斯抽放高度进行了瓦斯抽放数值模拟。通过比较,水平距离为64 m、抽放高度为11 m时的抽放效果最佳。现场抽放的数据与数值模拟的结果基本吻合,为东庞矿工作面安全高效生产提供了指导。     

采动裂隙带卸压瓦斯合理抽放效果分析

分析采动裂隙带中卸压瓦斯的运移特征与提出合理有效地抽采裂隙带卸压瓦斯措施对确保回采工作面高安全高效生产意义重大.建立采动裂隙带卸压瓦斯运移FLUENT数值模拟模型,模拟分析确定U(U型通风模式)+L(内错尾巷)+走向高抽巷型通风模式下高抽巷和联络巷最佳布置参数以实现最理想的瓦斯抽放效果,在此基础上提出U+L(内错尾巷)+走向高抽巷型立体化采动裂隙带卸压瓦斯治理方案.     

脉动瓦斯抽放方式研究

针对常规煤矿的瓦斯抽放方式单一,可控性差,抽放效率低等问题,提出新的瓦斯抽放方式-脉动瓦斯抽放。即在负压抽放方式的基础上,在一定周期内,加入正压,正压和负压循环使用,正压破坏煤体裂隙,促进瓦斯渗流,负压抽放瓦斯。通过顾桥煤矿的现场应用,在高瓦斯,低透气性煤层,瓦斯抽放效果有明显提高。结果表明:脉动瓦斯抽放方式可以有效提高瓦斯抽放效率,一般可以提高40%左右,并且可以达到消突和延长抽放时间的目的。     

采空区瓦斯涌出特点与抽放方法

随着生产规模的扩大和开采水平的延伸,采空区瓦斯涌出将日趋严重。本文分析了采空区瓦斯涌出的形式特点,瓦斯变化规律,瓦斯抽放方法,今后发展趋势。     

数值模拟在瓦斯抽放钻孔布置中的应用

为了获取合理的瓦斯抽放钻孔布置参数,以瓦斯渗流理论为基础,抽放钻孔周围径向流场为研究对象,建立了抽放钻孔周围瓦斯流动的数学模型。结合鹤煤九矿3104工作面具体开采条件,采用COMOSOL Multiphysics软件对钻孔瓦斯流场进行了数值模拟。实践表明:在该矿具体抽采条件下的瓦斯抽放钻孔布置参数是合理的。经抽放后效果检验,3104工作面消除了煤与瓦斯突出的危险性。     

基于ANSYS的瓦斯抽放时间及钻孔间距的分析

对五虎山煤矿1201综采工作面回风巷煤壁前方应力分布进行了分析,采用ANSYS有限元软件对工作面回风巷瓦斯抽放进行数值模拟,叙述了计算模型的建立过程,并绘制出网格划分图及瓦斯压力分布图。通过模拟结果确定了钻孔的瓦斯抽放半径和抽放时间,可在提高瓦斯抽放率的同时确保工作面的安全生产。     

高孔裂隙抽放采空区瓦斯技术

鸡西矿业集团公司平岗煤矿利用高孔裂隙抽放采空区瓦斯 ,解决了上巷和转角瓦斯超限问题 ,取得了一定的效果。文中介绍了现场基本概况及钻孔参数的选择情况     

基于Lattice Boltzmann方法的瓦斯渗流模拟研究

为了更好地处理瓦斯渗流中的吸附-解吸问题和复杂边界条件,Lattice Boltzmann方法(LBM)被引入到瓦斯渗流模拟研究中。给出了考虑Klinkenberg效应和吸附-解吸特性的LBM瓦斯渗流方程和建模方法,得到了2种因素对渗流的影响,模拟研究获得了煤体中瓦斯压力在时间上的演化和空间上的分布规律、不同裂隙分布对瓦斯流动的影响,对比分析了抽放压力及抽放孔布置对瓦斯抽放效果的影响等,并初步探索了煤体细观结构图像处理与LBM相结合的瓦斯渗流模拟研究新思路。     

单一裂隙渗流的格子Boltzmann数值模拟

基于格子Boltzmann方法在计算流体力学方面具有程序易于实现、边界条件处理简洁、计算效率高、可得到清晰物理图像等优点,将其与D2Q9模型结合,采用非平衡外推格式的分布函数边界,建立单一光滑平板裂隙渗流模型,并结合经典流体力学的泊肃叶流算例,验证了模型的有效性。最后,分析不同压力差、不同隙宽对单一裂隙渗流量及流量稳定所需计算时步的影响,得出:单一裂隙渗流过程中,压力差或隙宽越大则该时刻下的渗流量越大,而渗流量达到稳定的计算时步与压力差和隙宽呈相反关系,即压力差与隙宽越大则其渗流量达到稳定所需计算时步越长。     

基于格子Boltzmann理论的弱胶结裂隙岩体水沙两相流特性

通过格子Boltzmann方法对裂隙岩体水沙两相流动规律进行理论分析,建立裂隙岩体水沙两相流动的格子Boltzmann模型,推导了水沙两相的基本守恒方程并建立了水沙两相流动系统的控制方程,基于浸入边界法,利用欧拉点和拉格朗日点处理水沙两相界面。通过数值模拟裂隙溃沙情况,分析了沙粒进入裂隙前后的流动形态,研究了颗粒粒径和裂隙宽度对溃沙速度的影响。借助单裂隙下的研究结果,建立上覆厚松散沙层矿井开采模型,分析裂隙发育下突水溃沙情况,发现在初始阶段,沙粒的溃入会堵塞裂隙,抑制裂隙的发育;随着水压的持续施加,大量水沙混合物开始涌入裂隙,岩体孔隙压力增大,导致裂隙迅速发育扩展,甚至会造成顶板垮落,加剧突水溃沙灾害。     

穿层钻孔抽放煤层瓦斯数值模拟研究

矿井瓦斯抽放是解决煤矿瓦斯问题、提高资源使用效益、确保煤矿安全生产的一种有效方法。为合理安排矿井抽掘采接替关系,确定穿层钻孔抽放参数,根据煤层瓦斯流动理论、质量守恒方程、真实气体状态方程、气体压缩系数方程,并以朗格缪尔方程作为吸附瓦斯解吸的数学规律,建立了穿层钻孔抽放煤层瓦斯数学模型,采用有限差分数值方法编制了计算程序,以全隐式格式确保计算过程的稳定性,根据实测煤层瓦斯参数进行了数值模拟计算,获得了穿层钻孔抽放条件下钻孔周围瓦斯压力分布情况以及钻孔有效抽放半径等抽放参数。分析表明,低透气性煤层抽放钻孔周围容易形成较高的瓦斯压力梯度,且在有限的抽放时间内有效抽放半径较小。数值模拟结果与现场实践基本一致。     

基于解释结构模型的煤矿瓦斯抽采影响因素分析

运用系统工程的原理分析得到影响煤矿瓦斯抽采的12个因素,依据各因素间的逻辑关系,按解释结构模型方法建立了影响煤矿瓦斯抽采的多级阶梯结构模型,得出各因素相互间的内在联系和层次关系.结果表明,影响煤矿瓦斯抽采最深层次的因素在于抽采成本和抽采收益,提出加强低成本、高效率的瓦斯抽采方法研究和煤层气(煤矿瓦斯)高效益利用方式研究是今后的发展方向;分析结果同时表明,用解释结构模型分析煤矿瓦斯抽采影响因素是科学合理的.     

基于含瓦斯煤岩固气耦合模型的钻孔抽采瓦斯三维数值模拟

通过在多孔介质的有效应力原理中引入瓦斯吸附产生的膨胀应力,得出适用于含瓦斯煤岩的有效应力计算公式。同时利用含瓦斯煤岩的孔隙率和渗透率的动态模型,建立了能描述含瓦斯煤岩固气耦合情况下的骨架可变形性和气体可压缩性的固气耦合模型。以平顶山十矿的相关物性参数为基础进行了数值模拟,首先对建立的三维模型进行了开挖处理,得到了开挖后煤层的应力分布状态,而非简单的均布载荷,然后利用所建立的数学模型进行钻孔抽采瓦斯三维数值模拟。从数值模拟结果得到：① 抽采负压对钻孔抽采瓦斯的影响不明显;② 随着抽采时间的增长,煤层的孔隙率逐渐减小;③ 随着时间的推移,钻孔抽采瓦斯的有效抽采半径均逐渐增大,最后会迫近一个定值。     

含裂隙煤体瓦斯渗流规律的LBM数值模拟

通过模拟外力驱动渗流以及部分填充多孔介质的剪切渗流,验证了广义LBM模型可以对含有裂隙的煤体内瓦斯渗流规律进行模拟研究;裂隙内的流速明显高于在煤基质内的流速,定量研究了渗流速度和流量随着裂隙宽度增加的变化规律;而在裂隙宽度相等的条件下,煤体渗透率越低则流速和流量的提高越显著;与顺流向的裂隙相比,垂直流向裂隙的存在对提高渗流速度及流量的影响相对较为有限。模拟结果表明：裂隙的存在,尤其是在渗透性较差的煤层中,对提高瓦斯抽放的效果更为明显;而对于不同方向的裂隙,则应该重点关注与瓦斯流动方向相同或大体相同的裂隙分布。