厚煤层双重卸压采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对下石节煤矿222工作面开采过程中双重卸压造成工作面瓦斯涌出量高导致瓦斯超限的安全难题,结合采动裂隙"O"型圈和"环形裂隙体"理论,在分析厚煤层综放开采双重卸压采动覆岩破坏特征的基础上;采用相似模拟和数值模拟研究了双重卸压工作面开采采空区覆岩裂隙演化模型,确定了裂隙场和应力场演化反馈机制,依据裂隙密度,将覆岩裂隙场划分为贯通渗透区、纵向渗透区和水平渗透区;结合Fluent模拟瓦斯流场运移机理,将双重卸压采空区覆岩裂隙场+应力场+瓦斯渗流场相互耦合,进一步补充了采空区瓦斯流场规律:低位低浓度瓦斯流动带和高位高浓度瓦斯流动圈;提出了双重卸压采空区卸压瓦斯治理方式为复合采空区高位定向钻孔瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:确定卸压瓦斯抽采富集区域范围为回风侧偏向工作面宽度40 m,距离煤层顶板60.8 m以上150 m以下范围内;通过在复合采空区将高位定向钻孔瓦斯抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度低于0.8%,工作面及回风巷瓦斯浓度低于0.3%。     

风速对瓦斯运移规律影响的数值模拟研究

为了有效掌握采空区瓦斯分布及运移规律,基于理论分析和计算机数值模拟相结合的研究方法,利用FLUENT软件建立了综采面采空区瓦斯渗流的三维数值模型.对不同风速条件情况下的采空区风流场、瓦斯运移规律以及“自燃三带”分布宽度进行了数值模拟研究,对比分析了不同风速条件下综采工作面采空区流场与瓦斯分布规律,为正确认识采空区流场和瓦斯运移规律提供了理论依据,对保证煤矿的安全生产、提高矿井的经济效益有重要指导意义.     

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.     

不同条件下采空区瓦斯流场数值模拟研究

介绍了利用不同条件下采空区瓦斯流场数值模拟研究,结合大佛寺煤矿40108工作面的实际情况,建立了工作面、采空区及高抽巷物理模型,进行抽放条件下采空区流场数值模拟,分析各有关参数对采空区瓦斯浓度场产生的影响,对采空区瓦斯及火灾防治工作有重要指导意义。     

Y型通风下采空区瓦斯与自然发火耦合危险区域划分研究

为了准确划分Y型通风下采空区瓦斯与自然发火耦合灾害的范围,防止瓦斯与自然发火灾害事故的发生,以青龙煤矿21606工作面为例,建立了Y型通风下采空区的数值模型,利用COMSOL软件对采空区流场、瓦斯浓度场进行了数值模拟,以采空区漏风流场和瓦斯浓度场分布为依据,对瓦斯与自然发火耦合灾害的区域进行了划分,并通过SF_6示踪实验对模拟结果进行了验证。结果表明,采空区自然发火危险区域自回风侧向进风侧大体呈L型分布;瓦斯积聚区位于采空区深部、上隅角与通风立眼等处;耦合致灾区位于工作面后方20～70m以及通风立眼附近;通过对比分析,SF_6示踪实验的结果与数值模拟的结果基本一致,验证了数值模型的可靠性,为采空区瓦斯与自然发火耦合灾害区域的划分提供了技术支持。     

Y型通风方式下采场瓦斯运移规律的数值模拟研究及瓦斯治理分析

针对综放工作面开采Y型通风系统,建立了Y型通风采空区流场模拟的计算流体力学模型。通过数值模拟,系统研究了Y型通风采空区流场和瓦斯运移规律,对比分析了Y型通风和U型通风条件下的采空区流场及瓦斯运移特征,并与现场的实测数据进行了比较。研究表明,采用Y型通风方式可有效地减少采空区向上隅角的集中漏风,从而可有效解决U型通风中上隅角瓦斯浓度超限、回风巷和采空区瓦斯浓度较高的问题,为综放工作面安全生产提供保障。     

通风对采空区瓦斯流场分布影响的实验

通过理论分析、实验室相似模拟及数值分析相结合的方法,运用自制的采空区流场分布试验台,以烟气做为示踪气体,对采空区流场分布规律进行实验研究。研究得出:采空区流场分布呈梯度分布,将其划分为3区,强渗流区的边界线呈抛物线形状;通风主要对强渗流区产生影响,且该区的瓦斯浓度低于可爆范围;随着工作面长度的增加,通风对回风巷附近采空区瓦斯的影响逐渐降低,因此容易形成瓦斯积聚;随着采空区孔隙率的降低,流场的运动速率降低。该研究结果对进一步研究预防采空区瓦斯爆炸提供了参考。     

矿井综放工作面采空区瓦斯运移规律实验研究

利用相似原理,结合达西定律,导出了矿井综放工作面采空区瓦斯运移规律相似准则数。以樟村矿2306综放工作面采空区为原型,建立了相似模型,对不同风速条件下的U、U+L及U+I型通风方式的工作面采空区,进行了瓦斯运移及上隅角瓦斯浓度变化的实验研究。研究结果表明:通风方式决定了采空区内瓦斯运移的空间变化规律;风速决定了其波动程度和影响范围;U+I型通风方式最有利于降低上隅角瓦斯浓度;工作面风速在1.5~2.5 m/s范围时瓦斯浓度控制效果最好,风速过低易出现瓦斯积聚,而过高瓦斯浓度波动明显。     

顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯数值模拟与分析

针对"U"型通风工作面采空区上隅角容易积聚瓦斯,以渗流理论为基础,根据气体扩散定律和质量守恒定律,建立了顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯流场模型。在Visual-Basic6.0平台上,利用工程软件SURFER模拟了抽放钻孔周围瓦斯压力场。结果表明,煤体自身所具备的条件和抽放瓦斯的技术条件是影响瓦斯抽放量的主要因素,采取诸多因素相结合的切实可行方案,顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯可以取得良好的效果,在技术上是可行的。     

综放开采采空区瓦斯运移规律的模拟试验研究

基于模型试验的相似理论，根据综合机械化放顶煤采空区的特点建造了三维模型。在U型和E型两种通风方式下，对比研究了综放开采采空区流场及瓦斯运移特性，得出了具有指导意义的综放开采采空区的瓦斯运移规律和合理的采空区瓦斯排放方案。