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。     

采空冒落区瓦斯扩散-通风对流模型建立及计算方法初探

根据高强度快速推进条件下大空间采空冒落区瓦斯运移的特点,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,比较适合采空冒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冒落区内瓦斯运移的作用机理。计算结果表明,该模型兼顾流体压力梯度和风流动能作用的特点,科学合理,符合实际。     

采空区顶板垮落与瓦斯涌出关系的模拟实验研究

利用自制的工作面顶板垮落与采空区瓦斯涌出模拟实验装置,研究了不同倾角、不同瓦斯浓度条件下来压过程中不同范围的老顶垮落与工作面瓦斯涌出之间的关系.根据试验结果探讨了一定条件下顶板垮落对采空区瓦斯场扰动后瓦斯扩散、运移及积聚特征,分析了受扰动的瓦斯场在工作面负压流场作用下进入回采工作空间对工作面瓦斯浓度影响的程度.该实验结果对工作面来压期间的瓦斯管理有参考价值.     

现采空区瓦斯流动耦合模型及抽采参数确定

随着开采深度增加,采用"U"形通风方式的回采工作面经常出现上隅角瓦斯超限现象。根据现采空区岩石垮落的特性以及现采空区气体流动方程、扩散方程等建立了现采空区瓦斯流动耦合模型,数值模拟了抽采前后现采空区瓦斯浓度场分布情况。根据模拟结果现场采用埋管抽采方法并确定了瓦斯抽采参数。既保证了工作面瓦斯不超限,同时确保了矿井产量达标。     

浅谈坚硬石英砂岩顶板综放工作面通风方式优选

夏阔坦矿业公司工作面顶板为坚硬细砾砂岩和石英砂岩,采空区易悬顶,顶板来压垮落时,易引起采空区瓦斯燃爆、回风隅角和回风流瓦斯超限。在氧气、火源不可控条件下,通过优选合理的工作面通风方式,改变采空区风流场和瓦斯浓度场,超前采取顶板预裂爆破、高位钻孔抽采等手段使工作面顶板垮落在瓦斯浓度3%以下采空区区域内,有效预防采煤工作面回风隅角瓦斯超限和坚硬石英砂岩相互摩擦、撞击产生火花引燃采空区瓦斯等事故。     

浅淡坚硬石英砂岩顶板综放工作面通风方式优选

夏阔坦矿业公司工作面顶板为坚硬细砾砂岩和石英砂岩,采空区易悬顶,顶板来压垮落时,易引起采空区瓦斯燃爆、回风隅角和回风流瓦斯超限。在氧气、火源不可控条件下,通过优选合理的工作面通风方式,改变采空区风流场和瓦斯浓度场,超前采取顶板预裂爆破、高位钻孔抽采等手段使工作面顶板垮落在瓦斯浓度3%以下采空区区域内,有效预防采煤工作面回风隅角瓦斯超限和坚硬石英砂岩相互摩擦、撞击产生火花引燃采空区瓦斯等事故。     

中能煤矿2301工作面采场瓦斯运移规律数值模拟研究

为了明确采空区瓦斯运移规律,获得采空区范围与瓦斯体积分数间相互关系,为工作面通风设计提供借鉴,根据渗流力学相关理论,结合守衡原理构建风流流动和瓦斯运移过程力学模型,基于采空区不抽放以及抽放瓦斯相结合2种情况下获得了采场瓦斯风流流向和瓦斯浓度场分布。结果表明,预设回风顺槽抽放,可以降低采空区涌入到工作面的瓦斯含量,从而大大降低回风隅角采空区瓦斯体积分数,对回风隅角的瓦斯治理效果非常显著。     

顶板全垮落法短壁连采采空区通风实测研究

为验证神东矿区榆家梁矿顶板全垮落法开采42209短壁连采工作面采空区通风的可行性,通过实测顶板垮落结构、采空区内的气体成分变化和温度变化、回采采硐内、回风巷中的气体成分、采空区浮煤自燃分析,论证采空区通风的可行性,为全部垮落连采方法的通风安全可靠性提供实测依据。监测结果表明,顶板垮落后在采空区形成的直接顶悬顶距,为风流顺畅通过采空区提供了可靠的空间保证,经采空区至回风流中的各项通风参数指标均大大优于《煤矿安全规程》的要求。采空区浮煤处于散热带,煤层不会自燃,短壁连采工作面采空区通风的安全性是可靠的。     

基于RNG k-ε湍流模型的3D采空区瓦斯上浮贮移

为研究工作面后方采空区3D空间瓦斯上浮特征,根据质量守恒、动量守恒和Fick定律,建立综放采空区风流-瓦斯变密度混合气体非线性渗流-扩散控制方程。结合大兴矿N2-706工作面实例,运用CFD软件模拟三维采空区瓦斯运移及分布的状态;流场冒落非均质按照"O"型分布描述,计算采用RNGk-ε湍流模型,并考虑重力场条件。理论计算调整与现场实际条件和瓦斯监测记录数据相拟合,指出三维采空区形成的瓦斯分布及上浮态势,是风流移动、瓦斯组分扩散-弥散和含瓦斯风流密度差引起上浮迁移的结果,也是流场瓦斯不断解吸涌出与漏风不断流入所形成的一种动态平衡结果。研究结果表明,采空区高位抽采流量与抽采获得的瓦斯体积分数近似呈反比例函数关系、与回风巷瓦斯体积分数呈负指数函数关系。     

基于RNG k-ε湍流模型的3D采空区瓦斯上浮贮移

为研究工作面后方采空区3D空间瓦斯上浮特征,根据质量守恒、动量守恒和Fick定律,建立综放采空区风流-瓦斯变密度混合气体非线性渗流-扩散控制方程。结合大兴矿N2-706工作面实例,运用CFD软件模拟三维采空区瓦斯运移及分布的状态;流场冒落非均质按照“O”型分布描述,计算采用RNG k-ε湍流模型,并考虑重力场条件。理论计算调整与现场实际条件和瓦斯监测记录数据相拟合,指出三维采空区形成的瓦斯分布及上浮态势,是风流移动、瓦斯组分扩散-弥散和含瓦斯风流密度差引起上浮迁移的结果,也是流场瓦斯不断解吸涌出与漏风不断流入所形成的一种动态平衡结果。研究结果表明,采空区高位抽采流量与抽采获得的瓦斯体积分数近似呈反比例函数关系、与回风巷瓦斯体积分数呈负指数函数关系。     

上区段巷抽采采空区瓦斯技术

根据采空区顶板压力分布规律和通风负压作用下采空区风流流动规律,建立采空区瓦斯涌出理论模型,分析采空区瓦斯涌出规律及其与顶板压力和通风负压的关系.提出上区段巷抽采采空区瓦斯技术方法,建立抽采情况下采空区瓦斯流动理论模型,将该方法应用于演马庄矿27091工作面采空区瓦斯抽采,根据采空区瓦斯流动理论模型和现场应用情况提出提高抽采效果的措施.     

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.     

Y形通风采空区注氮防灭火的数值模拟

基于非均质漏风渗流方程、气体（瓦斯、氧、CO）渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了开采区注氮采空区自燃防灭火非定常数值模型.用迎风格式有限元方法联立求解,通过计算机程序（G3）对Y形通风采空区注氮问题进行了数值模拟.描绘了Y形通风注氮采空区的漏风流态和瓦斯、氧、CO等气体浓度以及温度的分布状态及其变化过程;以图形方式给出了各量的区域分布解,分析了Y形通风采空区在注氮条件下特有的规律;给出了注氮与工作面推进的合理配比关系.在进风侧向采空区注氮,对于防止Y形通风采空区自燃效果明显.     

上隅角埋管抽放前后采空区瓦斯运移规律研究

针对新安煤矿14211沿空留巷综放开采工作面上隅角瓦斯浓度超限问题,对综放开采工作面采空区瓦斯运移规律进行了研究。根据CFD数值模拟的理论,建立采空区瓦斯渗流的三维非均质模型,并得到了模型中相应参数的确定方法。利用Fluent数值模拟软件,对比分析了沿空留巷综放开采工作面上隅角瓦斯有无情况下的采空区瓦斯运移及浓度分布规律。模拟结果表明:通过上隅角瓦斯抽放可平均减少42%的上隅角和采空区的瓦斯,有效解决了沿空留巷综放开采工作面上隅角瓦斯积聚问题,从而保障了综放开采工作面的安全生产。     

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．     

综放工作面采空区瓦斯涌出规律的数值模拟研究

采用迎风有限元数值模拟结合图形显示技术求解综放工作面采空区二维流场瓦斯涌出扩散方程,在放煤仿真边界条件下通过画面直观描绘放顶煤过程中瓦斯涌出及其分布动态变化过程。讨论了通过模拟试验确定防止综放工作面瓦斯超限的技术措施,结合具体算例,提出在工作面设置移动调节风障和采用“双九一六”作业形式降低漏回风侧（上行）的放煤强度来控制放煤瓦斯团涌入工作面的新方法。     

低位放顶煤工作面瓦斯浓度分布规律与控制技术研究

基于高瓦斯低位放顶煤工作面瓦斯涌出量大、回采期间瓦斯容易超限的问题,提出采用单元法测定和分析工作面瓦斯涌出及分布规律。以五阳煤矿7607综放面为研究对象,将工作面划分为12个单元,布置测站和立体网格状测点,测定回采期间综放面瓦斯浓度分布和风量变化。通过测定数据分析工作面瓦斯来源、工作面漏风情况和工作面瓦斯浓度聚集分布规律,从而针对性地提出了U型通风配合“顶板高位钻孔+上隅角插管+高抽巷”的综合瓦斯治理方式。工程实践表明,工作面上隅角和回风流等容易超限区域的瓦斯浓度控制在0.8%以下,治理效果显著,证明了瓦斯治理控制技术的有效性,促进了五阳煤矿的安全高效生产。     

坚硬砂岩顶板条件下采空区瓦斯运移规律

以夏阔坦煤矿1007综放工作面为研究背景,运用FLUENT软件模拟分析砂岩顶板条件下采空区瓦斯运移规律。随着工作面的推进,上覆顶板岩石垮落在采空区内,在垮落过程中质量大的岩块相互撞击摩擦,一方面会在采空区内产生高温摩擦点并伴随有摩擦火花产生,另一方面对于采空区多孔介质的渗透率影响较大,大量的岩块垮落在一起,为采空区内瓦斯气体自由逸散和混合提供了有利条件。通过模拟分析研究,尽可能避免瓦斯燃爆事故的发生,且对煤矿安全生产提供可靠的依据。     

尾巷超大直径管路横接采空区密闭抽采技术

针对高瓦斯低透近距离煤层群开采条件下“U+L”型通风系统上隅角和尾巷瓦斯浓度严重超限的治理难题,基于试验区综采工作面瓦斯涌出特征和“U+L”型通风系统瓦斯尾巷的优点及其局限性,提出尾巷超大直径管路(1 200 mm)横接采空区密闭抽采技术,并阐述了其控制采空区瓦斯渗流场的抽采原理。依据采空区瓦斯大气混合气体渗流的控制方程,建立了采空区三维渗流的CFD模型,分析得出上隅角瓦斯浓度、采空区渗流场与抽采位置距工作面距离的关系,确定了密闭抽采技术的关键参数。现场实践表明,尾巷超大直径管路横接采空区密闭抽采技术治理瓦斯效果显著,上隅角瓦斯浓度稳定在0.9%以下,尾巷瓦斯浓度从6.0%降低到1.7%以下,实现了复杂瓦斯地质条件下的安全高效开采。