采空垮落区瓦斯非线性渗流-扩散模型及其求解

根据高强度快速推进条件下大空间采空垮落区瓦斯运移的特点,按照渗流力学理论,将采空区视为连续的渗流空间,瓦斯在采空区实际是机械弥散和分子扩散引起的散布过程,通风风流流动状态是由工作面湍流向采空区深部层流的过渡状态.运用质量守恒定律和非线性渗流方程,提出基于Fick扩散定律和Brinkman方程的瓦斯扩散-通风对流运移模型,综合考虑了流体压力梯度和动能作用,比较适合采空垮落区的风流运动和瓦斯对流扩散规律.通过数值求解,研究采煤工作面采空垮落区内瓦斯运移的作用机理.     

采空垮落区的风流运动和瓦斯运移作用机理

通过对采空区内矸石的特性分析,研究瓦斯在采空区中的扩散规律。建立瓦斯在采空区内扩散的数学模型,描绘了回采中采空区瓦斯的运移与分布的流体动力学原理。给出增大风量后瓦斯分布的算例,由此反映出工作面风压与采空区内部瓦斯压力的动态平衡性。运用质量守恒定律和非线性渗流方程,提出基于Fick扩散定律和Brinkman方程的瓦斯扩散-通风对流运移模型,综合考虑了流体压力梯度和动能作用,比较适合采空垮落区的风流运动和瓦斯对流扩散规律。通过数值模拟并与实验结果对照,研究采煤工作面采空垮落区内瓦斯运移的作用机理。认为采空区内瓦斯扩散的数值模拟的模型是有效可行的,为扩散规律的研究提供理论依据,从而有助于煤矿瓦斯监测与安全管理。     

考虑启动压力梯度的低渗透煤层瓦斯渗流耦合模型及应用

低透气性煤层瓦斯低速渗流时具有非Darcy渗流的特征,为揭示非Darcy渗流现象的渗流机理,开展了包含非Darcy渗流现象的瓦斯渗流与煤岩变形耦合作用规律研究。根据低透气性煤层瓦斯渗流特征,考虑启动压力梯度作用下的非Darcy渗流规律,研究游离瓦斯渗流、吸附瓦斯扩散流动机理和煤岩变形等过程,建立含启动压力梯度的渗流耦合模型,并利用该模型开展本煤层预抽钻孔数值模拟研究,结果表明,考虑启动压力梯度的模拟结果更符合低渗透煤层瓦斯运移规律,依据模拟结果布置井下钻孔,工作面预抽钻孔抽采瓦斯量为1.09 m3/t,抽采效果理想。     

基于回采工作面流场分布的拖管抽采瓦斯参数模拟研究

为准确探究综采工作面和采空区瓦斯流场特征,利用Navier-stokes方程和Brinkman方程描述风流在自由流动和多孔介质中的运移规律,结合Brinkman方程对流扩散和溶质传递方程构建了瓦斯浓度分布模型。针对上隅角瓦斯超限情况,应用COMSOL Multiphysics多物理场耦合分析工具研究了拖管抽采技术的合理性和可行性,并确定了最佳布置参数。模拟计算结果表明:COMSOL Multiphysics能有效模拟瓦斯流场分布和采空区拖管抽放效果,并为最佳抽放点位置和合理抽放参数的选取提供了技术支持和理论指导。     

掘进工作面突出瓦斯运移扩散特性模拟研究

为准确探究掘进工作面突出瓦斯扩散运移时的参数特性,利用Navier-stokes方程和扩散方程构建了突出瓦斯运移模型。应用COMSOL Multiphysics多物理场耦合分析工具研究了突出瓦斯与空气混合后其参数随时间和位置变化的特征规律,并探讨了风筒风速和瓦斯突出速度对瓦斯气团运移特性的影响。研究结果表明:突出瓦斯气团在风流和浓度扩散的作用下整体向巷道出口运移,突出瓦斯气团影响范围逐渐变大,运移速度变慢,持续时间变长,且峰值浓度随时间和空间均按幂函数规律衰减,突出瓦斯在掘进巷道中的峰值衰减特性受瓦斯突出速度和风筒风速等因素的综合作用。     

高瓦斯综采工作面煤层瓦斯运移机制数值仿真

基于渗流力学原理,构建采场瓦斯运移数学模型,应用CFD技术与空度分布函数实现对不连续空间区域的方程求解,进而数值模拟单独采用专用尾巷疏导瓦斯条件及尾巷疏导与抽采瓦斯相结合条件下采场瓦斯风流场和瓦斯浓度场分布,结果表明采空区回风侧联络巷尾巷排放瓦斯结合采空区抽采,对回风隅角的瓦斯治理效果非常显著。     

基于煤体结构的瓦斯运移产出特征研究

通过对瓦斯流态判别方法的分析,建立了基于GSI的流态判别方法,分析了GSI≥45和GSI45的煤体的瓦斯运移产出规律,结果显示:GSI≥65的煤体结构,层理/割理成为瓦斯运移产出的主控因素,如果存在启动压力梯度,且超过瓦斯压力梯度则会出现扩散-渗流或扩散2种运移模式;对于GSI=45~65的煤体结构,可以达到线性渗流甚至高速非线性渗流(紊流),基质块内部瓦斯依靠扩散进行运移;对于GSI45的煤体结构,其瓦斯运移产出模式为两级扩散。     

顺层钻孔抽采煤层瓦斯有效影响半径数值模拟及应用

确定钻孔有效抽采半径是煤矿瓦斯安全高效抽采的关键,本文结合实际矿井的基础参数资料,利用流体力学软件Fluent,通过软件内置的多孔介质模型,对流场区域添加用于表征多孔介质性质的阻力参数来实现对流体在多孔介质中的流动过程的模拟。结果表明:1该工作面的理论有效瓦斯抽采半径约为1.9m,该工作面的抽采间距可设计为4m;2煤层渗透率改变影响瓦斯运移的阻力的变化,从而能大幅影响煤层内瓦斯的运移速度,而抽放负压通过影响瓦斯运移的动力,在一定程度上也会影响钻孔瓦斯流量;3模拟结果与试验结果具有很好的统一。     

基于Klinkenberg效应下双渗透模型瓦斯运移规律研究

为消除基质瓦斯渗流作用对流固耦合模型的影响，准确描述瓦斯在抽采过程中的运移规律，建立了更加符合煤层多孔介质特性的双孔双渗透率模型，提出了考虑Klinkenberg效应和动态瓦斯扩散系数的双孔双渗透流-固耦合模型。利用COMSOL模拟钻孔瓦斯抽采过程，分析煤层钻孔预抽过程中瓦斯的运移规律、渗透率和有效抽采半径的变化。模拟结果表明：Klinkenberg效应能有效促进瓦斯运移，渗透率变化是骨架压缩效应和基质收缩效应共同作用的结果，随着抽采时间的增加，基质收缩效应占主导地位，渗透率逐渐增加；观测点的渗流速度可分为快速上升、缓慢下降和稳定不变三个阶段；瓦斯有效抽采半径与抽采时间和孔径符合幂指函数关系。现场试验与模拟结果基本吻合，验证了理论耦合模型的正确性，为瓦斯抽采设计提供理论基础。     

负压对瓦斯抽采的作用机制及在瓦斯资源化利用中的应用

由于对负压在瓦斯抽采过程中作用机制认识不清,煤矿往往采用恒定的抽采负压,导致抽采的瓦斯浓度低、利用难度大,不利于瓦斯的资源化抽采与利用。建立了考虑基质瓦斯拟稳态扩散、裂隙瓦斯渗流、渗透率演化及煤体变形的瓦斯运移气固耦合模型,并采用Comsol Multiphysics对模型进行数值解算。分析了扩散及渗流过程对瓦斯运移的影响,研究了负压在瓦斯抽采过程中的作用机制。考虑抽采负压作用的变化,结合抽采瓦斯及漏风并联关系,获得了不同抽采负压下瓦斯浓度变化。结果表明随抽采时间增加,负压的作用逐渐减弱,降低抽采负压能够有效提高抽采瓦斯浓度。针对当前煤矿抽采瓦斯浓度低的现状,提出了抽采钻孔"分组并联"降低抽采负压、提高瓦斯资源化利用的技术措施。     

大力加强科技创新以科学技术引领企业又好又快发展

阐述了煤炭基建施工企业科技创新的重要性。结合中煤第一建设公司科技创新情况,介绍了煤炭基建施工企业科技创新活动谋划与部署的具体内容及应采取的措施。     

SMA超弹性及减隔震器的研究与发展

讨论了影响SMA超弹性性能的主要因素,分析了两种不同的超弹性本构关系,总结了SMA超弹性阻尼器在工程振动控制领域的最新研究进展,包括各种阻尼器的减、隔震效果及作用机制,布置方式和优化设计等,展望了SMA在减、隔震方面的发展趋势。     

VB和Surfer接口研制及在地表移动变形的应用

移动变形等值线图是描述矿区地表移动和变形分布的主要途径,但其绘制方法比较烦琐。为了克服该方法的不足,开发了VB和Surfer接口程序,将其绘图功能集成到地表移动变形预计应用程序中,实现了等值线的自动绘制,为预测结果的正确分析提供可靠的基础图件。实例验证表明,该方法不仅减少了编程量,而且提高了作图效率。     

大直径锚索及机具的研究与应用

目前我国煤矿井下锚索规格普遍采用φ15.24mm和φ17.8mm,在地质条件复杂和地压大的条件下,锚索常出现拉断现象。为保证巷道支护稳定和安全,研制出φ18.9mm和φ21.6mm大直径锚索,使锚索最大承载力分别比φ15.24mm和φ17.8mm锚索提高12%和38%。对大直径锚索的研制以及对配套锚具和施工机具的研制进行了表述,同时对煤矿井下使用情况进行了介绍。     

SMA超弹性及减隔震器的研究与发展

讨论了影响SMA超弹性性能的主要因素，分析了两种不同的超弹性本构关系，总结了SMA超弹性阻尼器在工程振动控制领域的最新研究进展，包括各种阻尼器的减、隔震效果及作用机制，布置方式和优化设计等，展望了SMA在减、隔震方面的发展趋势。     

科技进步与科技期刊的发展

从投稿方式、审稿方式、作者群3方面,探讨了科技期刊的发展。     

建安工程投标报价方法及策略

通过对现阶段经济发达地区工程投标报价方法的分析 ,对工程投标报价改革的方向及策略进行了探讨     

煤与瓦斯突出事故案例分析及灾害防治

通过对煤与瓦斯突出事故案例的剖析,提出了地应力、瓦斯压力是煤与瓦斯突出发生、发展的动力,而煤体(或岩体)的坚固性则是起阻碍突出发生的力。总结了煤与瓦斯突出事故教训,提出了防治煤与瓦斯突出事故发生的预防措施。     

煤炭选运科技创新实现内涵增效

风水沟煤矿通过科技创新,对煤炭运输及选煤系统进行了一系列技术改造,推广应用了煤仓旋流输送器、博后筛,对矿井和选煤厂主要运输设备进行了更新和改造使煤炭选运能力、块煤产率及煤炭分级有了大幅度的提高,走出了一条依靠科技内涵增效之路。     

大中型选煤厂集散式监控系统的设计与应用

通过对选煤厂生产性质及工艺特点的比较与分析 ,深刻地阐述了大中型选煤厂集散式监控系统的设计内容与构成 ,系统配置及其应注意的问题等。