采空区瓦斯流动规律的CFD模拟

采用CFD数值模拟方法对采空区瓦斯流动及分布规律进行了研究.阐明了计算流体力学CFD模拟的理论基础，介绍了运用FLUENT程序开发CFD模型的方法，并运用所开发的CFD模型对张北矿11418工作面采空区瓦斯流动规律以及地面钻孔抽放条件下瓦斯流动规律进行了模拟，模拟结果表明:采空区回风巷侧的最大瓦斯浓度可达80％.同时表明:采用CFD模型研究采空区瓦斯流动规律是可行的方法之一.     

示踪气体的CFD模拟分析采空区瓦斯流动规律

 为了加强采空区瓦斯的治理,需要对工作面后方采空区瓦斯流动和分布规律进行研究,本文介绍了利用CFD采空区气体流场模拟软件模拟分析瓦斯在采空区中的流动规律,通过示踪气体的CFD模拟分析掌握了13118工作面采空区瓦斯瓦斯流动规律,为工作面建立合理的通风方式以及进行采空区瓦斯抽采提供了指导依据。     

谢桥矿采空区瓦斯流动规律的研究

介绍了CFD模拟方法的基本思路,利用建立的CFD模型对谢桥矿1242(1),13118工作面采空区瓦斯流动规律进行模拟,模拟的结果与现场实测结果相吻合,说明采用CFD模型模拟采空区瓦斯流动规律是可行的,所建立的CFD模型是正确的。     

采动影响下卸压瓦斯渗流规律物理相似模拟实验研究

 利用自主研发的固气耦合物理相似模拟实验平台，对开采过程中煤层底板应力分布特征及卸压瓦斯渗流速度随工作面推进的变化规律进行了实验分析，得出了采空区煤层底板支承压力分布规律及其影响区域的范围，分析了沿采空区上方横向方向瓦斯渗流速度变化形成的“三带”范围，总结了卸压瓦斯的渗流规律。研究结果为现场瓦斯抽采提供了技术支持。     

突出危险煤层首采面采空区瓦斯抽采模拟分析

分析了杨柳矿突出危险煤层10414首采工作面的地质特征,借鉴围岩裂隙场和采空区瓦斯流动场的变化规律,建立了CFD模型对采空瓦斯分布规律、埋管抽采效果、埋管与高位钻孔同时抽采效果进行模拟研究,并在10414工作面进行工程验证。结果表明:采空区瓦斯主要聚集在回风巷一侧,为判别采空区瓦斯高效抽采范围提供依据;50 m埋管与高位钻孔同时抽采时,上隅角瓦斯浓度降至0.5%,工作面不存在瓦斯超限现象;工程实践中可联合抽采40%的瓦斯,瓦斯纯量高达12.5 m~3/min,可见采空区瓦斯抽采在突出危险煤层应用中具有较好的实践效果。     

立体抽采下采场瓦斯流动规律及模拟

为了更好的研究瓦斯立体抽采条件下的采空区的瓦斯流动和涌出规律,根据"砌体梁"的顶板下沉移动曲线和导气裂隙带的"O"型圈理论,研究煤矿井下采空区破碎煤岩的渗流特性,对垮落带破碎煤岩的渗透率进行量化研究,推导出正常回采期间采空区垮落带的渗透率半理论化的表达式,并将其应用于阳泉三矿K8206综采工作面的U+I型+高抽巷的瓦斯立体抽采系统中,根据现场情况建立对应的CFD模型,得出瓦斯立体抽采条件下采空区瓦斯流动及分布规律,数值模拟结果和现场大量观测数据高度吻合,为瓦斯抽采系统的设计和优化提供理论依据.     

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。     

综放采空区瓦斯渗流规律数值模拟研究

根据综放采空区破碎岩体的垮落特征,将其分为自然堆积区、载荷影响区和压实稳定区等3个区域,分析计算了各区的空隙率。在此基础上,结合采空区瓦斯渗流的控制方程,利用CFD软件建立了采空区瓦斯渗流三维非均质数值模型,得到了漏风条件下有无瓦斯抽放措施的采空区瓦斯涌出规律,对防治综放工作面瓦斯超限具有一定的理论价值及实践指导意义。     

工作面漏风对采空区瓦斯流动规律影响的数值模拟

为了描述工作面漏风对采空区瓦斯流动规律的影响,建立了采空区瓦斯流动的渗流-扩散模型,利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对采空区瓦斯流动规律进行了模拟求解。模拟结果显示,在漏风的影响下,采空区中瓦斯浓度从漏风口处开始降低;随着时间的发展,进风侧的瓦斯逐渐开始向回风侧运移,从进风侧开始逐步形成"扇形"浓度降低区;瓦斯从回风侧流入到回风巷中,使工作面上隅角附近瓦斯浓度异常升高;漏风对采空区瓦斯移动的影响范围有限,靠近回风侧边缘的采空区瓦斯浓度很高为瓦斯浓度富集区。     

基于CFD的远距离煤层卸压瓦斯抽采数值模拟研究

为研究地面钻井抽采上覆远距离煤层卸压瓦斯情况下采空区流场特征,建立了采空区"三带"几何模型,通过数值模拟手段进行分析。结果表明:采空区四周孔隙率、渗透率较大,是瓦斯渗流的主要通道;垂向上采空区中部具有瓦斯浓度先降低后升高直至保持不变的特点;在抽采负压作用下处于弯曲下沉带的卸压瓦斯易向钻井方向流动,不易向采空下方大量涌入。     

考虑煤渗透性变化的抽采渗流耦合模型研究及应用

为揭示煤岩变形对煤层瓦斯抽采渗流特性的影响,开展了煤层瓦斯抽采气固耦合问题研究。首先,考虑煤吸附解吸变形、孔隙压力及渗透性变化对瓦斯抽采的影响|然后,根据达西定律,建立以有效应力及吸附应变为耦合媒介的煤层瓦斯渗流和煤岩变形气固耦合方程|最后,以沙曲矿24208工作面为工程背景进行抽采煤层位移、吸附应变和瓦斯渗流数值模拟,并对比分析煤层瓦斯压力、煤层渗透率和瓦斯抽采量的耦合效应。结果表明：抽采后钻孔周围煤体位移呈增大趋势,煤体因瓦斯解吸收缩变形,距抽采孔越近应变量越大|抽采初期煤层瓦斯压降梯度大|煤层渗透率随抽采时间呈增大趋势,距孔越近增幅越大|初期钻孔瓦斯抽采量较大但降幅较快,后趋于稳定,对比发现模型抽采量计算结果与实际抽采数据较为一致。     

煤与瓦斯突出的非连续变形分析（DDA）模拟

依据煤层裂隙分布规律和瓦斯运移特征,推导了瓦斯渗流量与瓦斯压力关系方程和瓦斯对煤体作用的瞬时平衡方程,并采用惯性阻尼与黏性阻尼联合方法求解,提高了计算精度,提出煤与瓦斯突出后稳定区的划分。运用改进的非连续变形分析（DDA）方法模拟了鹤壁煤电股份有限公司十煤矿煤巷掘进时一次煤与瓦斯突出过程。模拟结果与实际案例数据统计结论一致。     

采场破碎煤体注浆加固渗流规律研究

为了解决日益增多的煤矿中煤壁片帮事故,用化学树脂浆进行注浆煤体加固．在采场煤体破碎机理研究基础上以支承压力峰值点为分界点将采场注浆区分为塑性区和弹性区两个渗透物理模型来对煤体注浆加固渗流规律进行研究．把塑性区破碎煤体作为各向同性介质来建立注浆物理模型,基于塑性区渗透物理模型、质量守恒和达西定律建立了塑性区注浆渗流数学模型,通过插值方法对模型进行了解算,得到了塑性区浆液渗流规律,并在现场进行了破碎煤壁注浆加固试验和注浆渗流规律解算,结果表明通过化学树脂浆进行塑性区煤体注浆加固是可行的．     

非均质煤层瓦斯渗流的SPH方法模拟研究

应用光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics,SPH）方法对煤层瓦斯渗流进行模拟研究。针对非均质煤层瓦斯瞬态渗流问题,利用Fortran语言编制了变系数瓦斯渗流偏微分方程的求解程序,通过虚粒子法处理边界条件,构建了无网格性质的SPH瓦斯渗流模型。进行了不同原始瓦斯压力和透气性系数时常系数渗流方法下结果的误差分析,同时考虑透气性系数受矿山压力及Weibull分布影响的非均质煤层,分析了非均质煤层中瓦斯压力及涌出量的变化规律。模拟结果表明：应用SPH方法能很好的模拟煤层的瓦斯渗流;矿山压力影响以及透气性系数按Weibull分布赋值的非均质煤层都会导致瓦斯渗流的非线性。     

高突煤层保护层瓦斯综合治理技术

高突煤层作为保护层开采时,其邻近层的瓦斯涌出量很大,上下邻近煤层的卸压瓦斯将大量涌入开采煤层及采空区,严重威胁保护层工作面的安全与生产。文章详细介绍了综合治理C15,B9b邻近煤层的卸压瓦斯技术。     

水平分段综放开采工作面瓦斯涌出及分布特征

为了深化急倾斜特厚煤层水平分段综放工作面瓦斯灾害理论和技术,分析总结了工作面瓦斯涌出来源,实测了工作面瓦斯浓度分布,利用分源法与估算法对采空区瓦斯涌出量进行了计算,得到了瓦斯浓度沿工作面长度和垂直断面方向的分布规律。研究表明:工作面瓦斯浓度沿风流方向逐渐增大,沿工作面走向断面分布不均,受采空区瓦斯涌出、瓦斯抽采及通风影响,采空区侧的瓦斯浓度高于煤壁侧,考虑瓦斯抽采影响,采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的85.08%。因此,建议工作面在开采过程中,采用采空区、邻近层抽采及下部煤体卸压拦截抽采的综合措施防治瓦斯灾害。     

吸附作用对原煤渗透特性的影响

为了解吸附作用对原煤渗透特性的影响,利用自制的煤岩三轴渗透仪,在不同轴压和围压组合条件下,对以打通一矿低渗透突出煤层的原煤试样,采用稳态渗流法进行CO2和N2渗流试验。从渗流力学的观点,分析不同吸附性气体对原煤渗透率的影响。试验结果表明:气体吸附作用越强,气体吸附量越多,则煤样渗透率越低;气体吸附性越强,煤样受围压影响越小,煤样对气体吸附量增加幅度越大;气体压力与原煤渗透率呈乘幂函数关系。同时,给出了吸附膨胀应力与渗透率的关系表达式。研究结果对探索煤层真实的瓦斯运移规律具有一定的参考价值。     

Study on the law of methane seepage in the wall of drainage roadway in mining seam-group

Introduction Coal gas (methane) is stored in adsorptive or free-form state in the original coal seam. The free-form methane is in pore space of coal seams and the adsorptive is adsorbed in a state of solid solution in the faces of pore space and the inner structure of coal seams. Generally, the flow law of methane in pore space accords with the diffusion law and its flow in the fracture system of coal seam conforms to Darcy law. Because the pathway of methane flow mainly consists of fracture …     

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。