地面井预抽瓦斯运移规律数值模拟研究

基于气固耦合理论,建立了地面井预抽瓦斯的气固耦合力学模型和数值计算模型,并分析了地应力、储层压力等因素对地面井预抽瓦斯效果的影响。计算结果表明:地应力与煤层产气率之间呈现非线性负相关关系。抽采前期瓦斯的产出速率随地应力的增大而显著变小,随着抽采的进行,地应力对产出速率控制性逐渐减弱;储层压力与瓦斯产气率呈正相关关系。煤层瓦斯压力越大,初始瓦斯抽采效率越高,抽采产量越大,随着抽采时间的增加,煤层瓦斯压力下降,瓦斯抽采效率迅速降低;瓦斯产出速率由煤体渗透率和储层瓦斯压力梯度两者共同决定,抽采初期前者对瓦斯产出速率的控制性占主导地位,随着抽采的进行前者对其控制性要逐渐小于后者。     

基于数值模拟的玉溪煤矿地面预抽瓦斯治理效果预测

基于对玉溪煤矿地质特征研究的基础上，选择垂直井和水平井2种方式，在工作面上规模化部署地面预抽井，并采用数值模拟方法分别预测了预抽直井和预抽水平井的产气效果和瓦斯含量变化。研究表明:预抽直井和预抽水平井降低瓦斯含量的效率基本相同，但预抽水平井的产气量远高于预抽直井；预抽直井可用于煤炭准备区，预抽水平井可用于煤炭规划区。瓦斯地面预抽不仅生产收入可观，还能节省井下瓦斯抽放成本，经济效益和安全效益显著。     

地应力和储层压力对煤层气地面预抽影响的数值模拟研究

为分析煤层气地面预抽效果影响规律,采用Comsol数值模拟软件,对在不同工况的地应力和储层压力条件下煤层气地面预抽进行数值模拟研究,结果表明：随着煤层中地应力增大,煤层基质孔隙率下降、裂隙趋于闭合,致使煤层渗透率降低,减小了气体在孔隙和裂隙中的渗流速率,最终导致瓦斯产出速率和产气量的下降;储层压力与煤层气产出速率呈正相关关系,储层压力越大,瓦斯产出率越高同时累计产气量也越高;随着瓦斯抽采时间增加,煤层渗透率逐渐增大,且储层压力越大煤层渗透率变化越明显。     

破碎岩体应力-渗流耦合模型及数值模拟研究

为了解决地下矿山岩体防渗及顶底板突水问题,设计破碎岩体应力-渗流耦合试验,分析岩体破坏特征及渗透率变化特征,并揭示应力-渗流耦合试验中岩体的致灾演变规律;结合D-P准则演化推导岩体应力-渗流耦合力学模型,从力学角度解释岩体破坏过程;推导应力-渗流耦合模型在FLAC3D中的有限差分程序,实现耦合模型的二次开发应用.研究表明:岩体的渗透率变化规律可划分为4个阶段(孔隙压密阶段、弹性变形阶段、塑性强化变形阶段及破坏后阶段),其中在塑性强化阶段渗透率产生明显提升并持续增长;增大孔隙水压,岩体泊松比上升,弹性模量下降,破坏角减小,岩体弱化效果明显,破坏形式由主剪切破坏逐渐向次生裂隙的张拉剪切破坏过渡;增大孔隙水压,模型参数F0和m分别以指数形式减小和增大,岩体峰值强度降低,高压水的存在使得岩体劣化程度增加,增大了裂隙发育程度,从而导致突水致灾危险性增加.     

卸压开采地面钻井抽采的数值模拟研究

卸压开采地面钻井抽采是煤与瓦斯共采的关键技术之一,是提高瓦斯采出率确保高瓦斯突出煤层安全高效开采的重要措施。在现有研究的基础上,综合岩体渗透率与应力的指数关系、岩体渗透率与塑性裂隙发育情况的关系以及采空区内破碎岩体压实过程中渗透率的变化情况,运用FLAC3D内嵌的FISH语言对渗流模式进行二次开发。结合淮南某矿卸压开采地面钻采的实际地质条件,运用所建模型模拟了卸压抽采过程中围岩渗透率的变化情况,掌握了被保护层、采空区以及钻孔周围渗透率的分布情况。在此基础上进行了钻采瓦斯的渗流计算,在验证地面瓦斯抽采效果的同时掌握了卸压抽采瓦斯的渗流路径：认为被保护层瓦斯除了直接涌入抽采钻井,大部分瓦斯首先渗流至邻近岩体,再通过层间岩体涌入瓦斯抽采钻孔。通过淮南某矿卸压抽采过程中的抽采实测数据以及邻近工作面裂隙带实测数据验证了数值模型的正确性。     

岳城矿预抽地面井采动影响数值模拟研究

为提高地面井抽采效率及优化地面井井位选择,基于岳城矿1301_下工作面概况、岩层参数及综合柱状图,采用FLAC^3D构建岳城矿综采工作面数值计算模型,对采场覆岩运移规律进行模拟计算分析。通过模拟1301_下综采工作面回采情况,分析了采动过程顶底板塑性区变化及覆岩应力变化规律,得到了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,并进一步分析了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,为预抽井井位优选提供了理论依据。     

综放面瓦斯渗流规律数值模拟研究

应用FLUENT软件建立了综放面采空区瓦斯渗流的三维数值模型,通过数值模拟对比分析了没有瓦斯抽采和有瓦斯尾巷抽排两种情况下的综放面采空区及其上覆岩层内的瓦斯渗流分布规律,通过现场验证,分析了瓦斯尾巷在实际应用中的效果,模拟结果和实际效果较吻合,使工作面达到了安全生产的要求.     

渗流-应力耦合作用下巷道预排瓦斯等值宽度研究

准确确定巷道预排瓦斯等值宽度,对于矿井瓦斯涌出量预测、抽采达标评判及提高掘进工作面瓦斯灾害防治效果具有重要意义。为了确定合理的巷道预排瓦斯等值宽度,推导了考虑应变软化和扩容特性的巷道周围煤体弹塑性力学模型,得到了巷道周围煤体应力及体积应变的解析表达式,以渗透率为桥梁建立了考虑巷道卸压及基质收缩效应的瓦斯运移耦合模型,得出了巷道周围煤体瓦斯运移规律及影响因素,确定了不同条件下的巷道预排瓦斯等值宽度。研究结果表明:巷道周围煤体瓦斯运移受到应力场和渗流场的控制,巷道卸压范围越大,其周围煤体渗透率提高得越多,越有利于瓦斯排放;排放时间、煤层透气性系数、地应力、煤体强度、支护应力、巷道尺寸和煤变质程度是影响巷道预排瓦斯等值宽的主要因素;排放时间60、120、180、240 d的巷道预排瓦斯等值宽度分别为9.2、11.9、13.8、15.3 m,随着排放时间的增加而增大;较难抽采煤层排放180 d的巷道预排瓦斯等值宽度小于15m,可以抽采煤层为15～20 m,容易抽采煤层厚度大于20 m,巷道预排瓦斯等值宽度随煤层透气性系数的升高逐渐增大;地应力、煤体强度、支护应力和巷道尺寸通过控制煤体变形而影响...     

基于流固耦合的瓦斯抽采半径数值模拟研究

快速准确考察钻孔有效抽采半径一直是煤矿瓦斯高效防治的难题之一,常规数值模拟方法因未贴合真实抽采状态,模拟结果往往存在较大偏差.本研究基于瓦斯吸附、解吸特性和可压缩性,重点分析抽采时煤体的有效应力与孔隙率、渗透性的关系,对瓦斯流动综合偏微分方程进行修正,建立了流固耦合的偏微分控制方程组,随后借助COMSOL Multip...     

钻孔瓦斯抽采流-固耦合数值模拟

为了探究钻孔瓦斯抽采过程中瓦斯压力随时间的变化规律,通过建立流-固耦合模型,考虑渗透率、孔隙率和体积应变的动态变化,结合矿井煤层物性参数,运用多物理场软件进行了模拟分析。分析结果表明:随着抽采时间的延长,钻孔周围煤体瓦斯压力逐步降低,在瓦斯抽采过程中,瓦斯压力的降低有助于渗透率的提高,但影响效果甚微,埋藏深度对煤层渗透率起主导作用。     

深水平巷道地应力耦合效应的数值模拟分析

文章的目的在于揭示深水平近距离巷道之间各自集中应力的相互叠加(耦合)所引发的变形效应。依据岩石的流变理论、松动圈理论等相关的弹塑性力学理论,利用计算机数值模拟软件FLAC3D对安徽淮南朱集矿一深水平巷道进行了较为细致的数值分析,研究了深井高地应力下巷道掘进次生应力在相邻巷道群的显现效应的情况,揭示了相邻巷道间应力叠加所引发的剧烈变形,为深井高地应力巷道次生应力在相邻巷道群的显现效应分析提供依据,对建立相关力学理论模型和定量分析计算邻近既有巷道围岩稳定性、合理设计地下巷道群的相互位置和有效控制超深井巷道的变形都具有重大理论意义。     

地面钻井抽采负压对采空区气体流场分布影响

将采空区视为各向同性多孔介质,构建了采空区气体流场基本闭合方程组,利用FLUENT模拟软件对采空区内部气体流场进行模拟,分析了地面钻井不同抽采条件下的采空区内部气体浓度分布特征,以此研究地面钻井不同抽采负压对采空区气体流场的影响。研究发现地面钻井布置在采空区靠近回风巷20～70 m有利于抽采,且负压抽采可能给采空区带来自然发火的危险,但在采取一定的监控措施下,40～50 kPa的抽采负压是可取的。     

不同当量比条件下矿井瓦斯爆炸过程的数值模拟

为了研究管道预混火焰的传播特性及内在机理,运用数值模拟的方法,建立矿井瓦斯气体爆炸的数学模型和物理模型,对不同当量比浓度的矿井瓦斯气体爆炸过程进行模拟研究。计算结果表明,矿井瓦斯气体爆炸过程中速度和压力值均会经历上升-下降-二次波峰-下降-震荡的过程。火焰传播初期,气体爆燃体积迅速增大,火焰的速度、压力和温度随之迅速上升,并在一段时间内呈现层流燃烧状态。而后速度和压力图均出现了不同程度的波动,可知这是压力波和反射波共同作用的结果。速度和压力并未同时达到峰值,速度要超前于压力达到最大状态,这主要是爆炸压力波和反射压力波的相互叠加作用导致压力上升,而反射压力波导致速度下降。当量比浓度的压力、速度值最小,燃烧持续时间最长,此时气体还未完全加速,未形成爆轰状态。     

采动煤层渗透率演化与卸压瓦斯抽放技术

为解决煤层渗透性低这一制约瓦斯抽采技术发展的瓶颈,进行了采动影响下煤层瓦斯渗透率示踪试验,获得了采动煤层瓦斯渗透率演化规律。基于应力-渗流耦合效应,采用数值试验方法,探讨了钻孔布置位置对瓦斯抽采效果的影响。结果表明：钻孔布置于渗透率较高区域,瓦斯压力降低幅度相对较大,抽采效果较好;距离工作面小于5 m为最佳钻孔拆除时间,有利于改善工作面安全状态。     

煤层小构造与瓦斯涌出关系数值模拟研究

为研究淮北矿区煤层小构造不同部位应力分布状态对采掘过程中瓦斯涌出量变化的影响,选取淮北矿区小构造典型发育的刘桥一矿作为研究对象,通过区域构造分析,认为煤层瓦斯赋存受各级褶曲构造影响;选取该区域中具有小型褶曲构造掘进工作面进行数值模拟,并将掘进过程中瓦斯涌出量变化情况同模拟结果进行对比,结果表明:运用数值模拟方法分析小构造对采掘过程中瓦斯涌出量变化的影响具有可行性。     

北庄煤矿瓦斯抽采效果影响因素数值模拟研究

为了分析不同因素对瓦斯抽采效果的影响程度,为合理确定瓦斯抽采方案提供支持,总结归纳了瓦斯抽采效果影响因素。以阳城县北庄煤矿3^#煤层瓦斯参数、钻孔参数等井下实测数据为计算基础,建立数学模型,采用计算机数值模拟的方法,对钻孔抽采量与抽采时间、煤层透气性、钻孔间距、钻孔孔径,以及与抽采负压之间的关系进行了研究,结果表明：提高瓦斯抽采量的关键是增加煤层透气性;同时在煤层透气性不变的情况下可采取保证足够抽采时间、增加钻孔密度、适当增大钻孔孔径和提高抽采负压等措施进行瓦斯抽采,以提高瓦斯抽采量,达到预期抽采效果。     

采空区瓦斯分布规律的模拟研究

针对综采面U型通风上隅角瓦斯经常超限的严重问题,将工作面的通风方式调整为W型通风,分别对综采面U型通风和W型通风条件下采空区瓦斯分布进行了数值模拟研究,得出两种不同通风方式下的采空区瓦斯分布规律。研究结果表明:工作面选用W型方式,在相同的条件下,能更有效地解决上隅角瓦斯超限问题,最后,通过将数值模拟风速值与理论计算风速值进行对比,模拟结果与理论计算结果非常接近,验证了数值模拟的正确性,为综采工作面瓦斯的防治提供了一定的理论依据。     

地面抽放瓦斯钻井位置优化数值分析

为了提高地面抽放瓦斯钻井的利用效率,根据淮南新集刘庄矿东二采区E2-1302工作面地质条件及开采参数,采用数值模拟的研究方法分析了保护层开采过程中覆岩的应力变化规律及上覆岩层对地面钻井的破坏机理,对地面钻井的布置优化提出了一些改进建议。     

管道中瓦斯爆炸超压场的数值模拟

利用计算流体动力学软件AutoReaGas,定量地研究了障碍物和瓦斯浓度对管道中瓦斯爆炸超压场的影响。研究结果表明:当有障碍物存在时,爆炸峰值超压会显著增加,且峰值超压随着障碍物阻赛比的增加而增加。瓦斯浓度对峰值超压的影响与管道中是否存在障碍物有关。在无障碍物的情况下,甲烷浓度的变化对爆炸峰值超压的影响并不十分显著。在障碍物存在的情况下,甲烷浓度的变化对峰值超压具有显著影响。