尾巷风量对“J”型通风工作面漏风及瓦斯分布的影响

利用Fluent软件对王庄矿8103"J"型通风工作面在不同尾巷风量时的采空区漏风及瓦斯运移进行了数值模拟,得出了沿着工作面全长的漏风分布及采空区瓦斯分布,并分析了其随尾巷风量的变化规律。研究结果表明:总风量不变的情况下,不同尾巷风量时工作面均是全程向采空区漏风,在下隅角处漏风量最多。随着尾巷风量的增大,工作面漏入采空区的风量逐渐增大,其中在下隅角及回风巷处的增幅较大;高浓度瓦斯有向采空区深部移动的趋势。     

Y型通风综采面运巷与风巷合理配风比研究

通过对Y型通风情况下,运巷和风巷配风比不同时,对工作面采空区风流流场进行数值模拟。结果表明:运巷和风巷配风比越大,即运巷风量越大,流经工作面的风量也越大,工作面两端压差也越大,工作面漏向采空区的漏风量也越大,而工作面瓦斯浓度不断降低;但是上隅角和尾巷的瓦斯浓度不断升高。经过数值模拟和现场不断测试分析,确定运巷和风巷合适配风比为3∶1。     

U+L通风下采空区漏风规律及气体体积分数分布研究

针对酸刺沟煤矿U+L通风条件下漏风复杂且上隅角O_2体积分数偏低、有害气体体积分数偏高的问题,通过现场试验及数值模拟,对采空区漏风规律及气体体积分数分布进行研究,并提出一种新式密闭封堵措施。结果表明:采空区联络巷密闭漏风导致相邻采空区有害气体通过密闭裂隙漏入回采工作面采空区,且受回采工作面遗煤氧化及原煤CO_2解吸影响,回风隅角O_2体积分数偏低,CO_2和N_2体积分数偏高;回风隅角O_2体积分数与联络巷密闭距工作面距离成正比,CO_2和N_2体积分数与联络巷密闭距工作面距离成反比;采取密闭封堵措施后,上隅角CO_2体积分数降到0.25%以下,O_2体积分数提高到16%以上;现场试验及数值模拟得到的采空区"三带"范围基本一致,氧化带范围为7～110 m,确定采煤机割煤速度不得小于2.13 m/d。     

偏Y型通风下采空区瓦斯涌出规律及超限治理研究

为了揭示偏Y型通风方式下采空区通风联络巷瓦斯超限机理及提高采空区通风联络巷埋管瓦斯超限治理效果,以晋煤集团寺河矿5301工作面为研究对象,结合回采工艺参数与瓦斯涌出实测参数,利用UDF二次开发程序接口建立偏Y型通风方式下采空区瓦斯流场计算模型,模拟研究了回采工作面的遗煤与上邻近层瓦斯源条件下采空区瓦斯流场分布特点,推导了以工作面配风量为自变量的上隅角瓦斯浓度和采空区通风联络巷瓦斯浓度预测计算公式,预测公式计算结果与实测结果误差小于5%,验证了预测公式计算结果的可靠性,并在采空区后方第2个通风联络巷采取埋管抽采采空区瓦斯措施后,采空区通风联络巷及上隅角瓦斯浓度的降低程度进行预测计算。预测结果表明:在保证工作面足够配风量条件下,采空区采取埋管抽采瓦斯措施后,通风联络巷瓦斯体积分数由3.23%降低至0.94%,能够有效解决偏Y型通风方式下采空区通风联络巷瓦斯超限难题。     

回采工作面U+L型通风系统高效应用方案研究

为了使工作面U+L型通风系统能够高效应用,采用理论分析方法,从回风巷瓦斯浓度、采空区煤炭自燃、通风系统管理及经济合理性4个方面对工作面U+L型通风系统高效应用的判定方法进行了分析;构建了U+L型通风系统模拟模型,应用数值模拟方法对工作面供风量分别为1 000、2 000、3 000、4 000 m~3/min条件下的联络巷至工作面距离与工作面上隅角瓦斯浓度的关系进行了分析,对联络巷处于不同位置时工作面供风量与氧化带宽度的关系进行了研究。研究结果表明:联络巷至工作面距离与工作面上隅角瓦斯浓度近似满足指数函数关系,且风量越低这种关系越明显;以1%作为上隅角瓦斯体积分数超限标准,当工作面供风量为1 000、2 000、3 000 m~3/min时,联络巷间距分别不能大于11、34、50 m;当工作面供风量为4 000 m~3/min时,无论联络巷处于何处上隅角瓦斯体积分数均不超限。工作面供风量与上隅角瓦斯体积分数近似满足负指数函数关系,且联络巷至工作面距离越大这种关系越明显;当联络巷间距为10、20、30、40、50 m时,工作面的供风量分别不得低于1 000、1 500、1 800、2 400、3 000 m~3/min。工作面供风量与采空区氧化带宽度近似满足指数函数关系,且联络巷至工作面距离越大,这种关系越明显;以50 m作为采空区允许的最高氧化带宽度,当联络巷间距设定为40、30、20、10 m时,工作面供风量不应大于1 200、1 900、2 200、2 000 m~3/min。最后,以采空区氧化带最大宽度为50 m、工作面上隅角最高允许瓦斯体积分数为1%为标准,提出了2套联络巷高效排放瓦斯的技术方案:(1)当工作面供风量为1 000、2 000 m~3/min时,联络巷的间距不能大于11、34 m;当工作面供风量为3 000、4 000 m~3/min时,联络巷易引起采空区遗煤自燃。(2)当联络巷间距设定为10、20、30 m时,工作面供风量应1 000～2 000、1 500～2 200、1 800～1 900 m~3/min。     

U形通风工作面采空区上隅角瓦斯治理技术

以平顶山煤业有限责任公司一矿戊８－１０－２１１３１综采工作面为例，探讨了Ｕ形通风工作面采空区上隅角瓦斯治理技术。研究结果表明，治理采空区上隅角瓦斯的有效措施有２种方式，即增加漏风汇和减少采空区漏风；前可采用加尾巷或上隅角瓦斯抽放；后则可采用均压的措施进行，其中采用局部通风要压风法是一项可行措施，但压风量必须达到总风量的１／４左右，才能有显的效果。     

采场瓦斯运移规律仿真模拟研究

基于工作面上隅角瓦斯容易积聚、回风流中超限问题,利用Fluent仿真模拟方法,建立综放面采场瓦斯运移的数学模型,对采场使用局部通风机吹散上隅角瓦斯和瓦斯尾巷调节上隅角风流进行仿真模拟,分析得到:当局部通风机风速为20m/s时对上隅角瓦斯扰动性效果最好;确定工作面供风量为1900m3/min和尾巷步距为50m时防治上隅角瓦斯效果最佳.数值仿真研究结果可为上隅角瓦斯治理提供一定的理论参考.     

薄煤层Y型通风采场瓦斯分布规律研究

为揭示"两进一回"Y型通风方式采场瓦斯流动与分布规律,利用多孔介质模型对Y型通风采场及采空区瓦斯流动进行数值模拟.结果表明:当进风巷、运输巷配风比为1:1时,上隅角处因局部阻力与风流转向出现了低速紊流区从而导致瓦斯聚积;由于尾巷与进风巷相联通,靠近上隅角处采空区的瓦斯会涌入工作面;工作面瓦斯浓度随着进风巷与运输巷配风比...     

J型通风工作面采空区漏风与瓦斯浓度分布规律研究

为获得工作面不同供风量时工作面漏风及采空区瓦斯分布规律,为工作面瓦斯治理提供理论支持,利用Fluent数值模拟方法对王庄矿8103工作面在供风量分别为2198m~3/min、2350m~3/min、2500m~3/min、2650m~3/min下采空区漏风及瓦斯浓度分布特征进行模拟与分析,得到了沿工作面全程的漏风分布及采空区瓦斯分布。分析结果表明:随着工作面供风量增加,工作面向采空区的漏风量逐渐增加;采空区内瓦斯浓度逐渐降低;上隅角瓦斯浓度不断降低,并且当工作面风量提高到2350m~3/min时,上隅角瓦斯浓度降低到1%以下。     

采空区非均质多孔介质渗透特性三维建模及应用

为了减小采空区渗透率分布对流场数值模拟精确程度的影响,在岩梁理论和"O"型圈理论研究的基础上,分析了采空区非均质多孔介质孔隙分布规律,建立了采空区孔隙率及渗透率三维分布数学模型;以姚桥煤矿7271综放工作面采空区注CO_2防灭火技术为研究背景,采用FLUENT数值模拟方法,分别研究了采用渗透率三维分布模型及不同固定常数渗透率时采空区气体运移规律,并进行了现场实测对比分析。研究结果表明,沿采空区深度方向,采空区的孔隙率在靠近工作面侧较大;沿工作面倾向,采空区内靠近煤柱侧的孔隙率变化较大,压实稳定区的孔隙率较小。随着渗透率的增大,工作面漏入采空区的漏风量增大,CO_2不易在采空区中聚集;当渗透率减小时,CO_2的体积分数由回风巷侧逐渐向进风巷侧升高。数值模拟采用渗透率三维分布函数得出的结果与实测数据的平均误差为8.0%,小于固定常数渗透率,可为采空区风流场数值模拟研究提供了基础参数依据。     

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。     

赵庄矿高抽巷抽采负压优化模拟研究

为研究高抽巷抽采负压对治理采空区瓦斯的影响并寻求最优抽采参数,以赵庄矿1309工作面为背景,通过数值计算得到布置垂高应为25m,平距应为20m。通过FLUENT软件对进行高抽巷不同抽采负压条件下的数值模拟,并采用UDF程序定义采空区参数使模拟结果接近实际。模拟结果表明：在无抽采模型下,工作面上隅角瓦斯浓度最高可达18%,影响安全回采。高抽巷抽采条件下增大抽采负压,采空区瓦斯浓度降低,上隅角附近的低瓦斯浓度区域由不存在逐渐扩大。高抽巷瓦斯体积分数及抽采纯量在抽采负压高于20kPa后增量趋于平缓。为保证抽采效果同时避免采空区漏风,确定合理抽采负压为20kPa。现场实测高抽巷瓦斯抽采纯量平均为43.93m/min,与模拟结果基本吻合。     

一进两回Y型通风采空区气体分布数值模拟

为了掌握Y型通风采空区气体分布规律,根据现场实际建立了一进两回Y型通风采空区物理模型,运用Fluent软件对一进两回Y型通风采空区漏风流场、漏风量和瓦斯浓度分布进行数值模拟研究。结果表明:随至下隅角距离的增大,工作面向采空区的漏风量减小,在上隅角附近漏风量急剧增大;沿采空区长度方向,越靠近采空区深部瓦斯浓度越大;沿工作面方向靠近运输巷侧瓦斯浓度低,靠近沿空留巷侧瓦斯浓度高。     

井下大直径钻孔瓦斯抽采技术研究

为研究面间煤柱内的大直径钻孔抽采采空区瓦斯效果,基于某矿实际生产条件及COMSOL数值模拟软件,依据上覆岩层运移理论、采空区顶板岩性、顶板垮落破坏特征对采空区孔隙率进行了分块赋值,COMSOL数值模拟研究结果表明:钻孔布置的最佳距离为8～10 m。考虑经济因素及顶板垮落步距的影响,钻孔布置的最佳距离应为10 m;靠近工作面上隅角处,采空区内瓦斯浓度呈中心高、四周低的圆环状分布,该低瓦斯浓度圆环的出现与大直径钻孔对采空区内瓦斯的抽采作用密切相关。ORIGIN数据拟合及计算表明:10 m钻孔间距条件下,控制上隅角瓦斯浓度不超限的钻孔最小瓦斯抽放量为5.4 m³/min。该理论成果的成功运用,指导了该矿的生产安全。     

U型通风工作面采空区瓦斯运移规律研究

以赵家坝煤矿1944工作面为研究对象,采用Fluent软件对工作面采空区瓦斯运移规律进行了研究。研究结果表明:采空区由近及远瓦斯浓度逐渐增大,距工作面一定距离后趋于稳定;在采空区距工作面50~70 m处存在层流与紊流的混合边界;从进风巷到回风巷方向瓦斯浓度逐渐增大。随着进风巷入口风速的增大,采空区高浓度瓦斯区域向深部推移,工作面上隅角瓦斯浓度下降。随着工作面推进长度的增加,过渡风速带向后移,工作面上隅角瓦斯浓度增大。     

煤矿采空区瓦斯治理技术研究

为了解决采空区瓦斯积聚问题,分析了瓦斯尾巷、瓦斯抽放管和瓦斯高抽巷3种方法,将理论分析和数值模拟相结合,研究不同瓦斯抽放情况下采空区内瓦斯分布情况和风流运移规律。研究得出:采空区漏风位置主要集中在进风巷附近,在瓦斯抽放设计时,需要在进风巷侧设置挡风墙;当进行采取瓦斯尾巷、瓦斯抽放管和瓦斯高抽巷抽放瓦斯时,抽放口越靠近采空区,造成采空区的漏风量以及漏风速度越大,致使采空区遗煤发生氧化的范围越大,增大了采空区自然发火的危险性,因此需要注意进风侧以及瓦斯抽放口位置处自然发火的危险。研究对降低上隅角瓦斯浓度以及采空区自然发火灾害提供了借鉴。     

一种预测采空区自燃危险区域的新方法——CFD技术的应用

在示踪气体试验的基础上,建立了模拟综采工作面采空区空气、瓦斯流动的数学物理模型,基于VC++6.0环境下对Fluent进行二次开发,分别对工作面正常生产、回风巷侧联巷密闭不严、尾巷密闭不严和高瓦斯涌出等4种情况下采空区氧气及瓦斯的分布进行了预测研究.结果表明:采用CFD模型模拟得到的采空区气体分布规律与现场长期监测结果相吻合;回风巷侧联巷及尾巷密闭不严将极大增加采空区氧气浓度;高瓦斯涌出可以加速采空区的自我惰化,有利于防治采空区自燃.     

综采工作面缩面前后采空区瓦斯分布规律对比分析

通过对22006工作面采空区瓦斯分布进行研究,可以掌握采空区内瓦斯分布规律,为采空区瓦斯治理提供合理的措施与措施施工参数。数值模拟分析结果表明:回风隅角瓦斯浓度数值模拟结果最高为0.065%,与实测工作面回风隅角瓦斯浓度0.063%相吻合,验证了数值模拟的可靠性;缩面前工作面向采空区的漏风量比缩面后工作面向采空区漏风量大;缩面后采空区瓦斯浓度高于缩面前采空区瓦斯浓度;缩面前回风隅角瓦斯浓度高于缩面后回风隅角瓦斯浓度,并且缩面后回风隅角瓦斯浓度最高为0.06%,远低于国家安全规程规定的1%上限。     

顶板长钻孔替代高抽巷抽采控瓦斯与采空区注氮防火耦合治理研究

高瓦斯矿井易自燃煤层,工作面受上隅角瓦斯超限与采空区遗煤自燃双重威胁。为解决高抽巷抽采瓦斯导致采空区氧化带面积变大、增大遗煤自燃危险性的问题,以顶板长钻孔替代高抽巷,配合进风巷侧注氮,通过对长钻孔参数与注氮参数的优化,进行防火与控瓦斯耦合治理的研究。以中兴煤业1401工作面实测数据结合ANSYS数值模拟,研究了长钻孔数量、位置对工作面上隅角瓦斯的影响规律,获得以5个直径300mm、距回风巷10m、距煤层底板15m的顶板长钻孔替代高抽巷的最优方案。在此基础上,为保障对采空区遗煤自燃的有效控制,研究了注氮量与注氮位置对采空区氧化带分布的影响规律,获得在进风巷侧氧化带与散热带分界位置注入5.5m3/min的氮气,将采空区氧化带宽度降至25m的优选结果。通过对上隅角瓦斯与采空区遗煤自燃的综合控制,保证了工作面的安全生产。     

基于进风巷高位钻孔的上隅角瓦斯治理试验研究

针对平山矿11009工作面采空区瓦斯浓度较高及上隅角瓦斯超限问题,通过对煤层开采后覆岩“三带”分布和瓦斯流动规律的分析,结合11009工作面煤层为近水平煤层且覆岩破坏范围大的实际情况,在工作面进风巷和回风巷均设计施工了高位钻孔,并通过现场试验检验其瓦斯抽采效果。结果表明:11009工作面进风巷高位钻孔对工作面瓦斯治理有着至关重要作用,抽采浓度最大可达90%,较传统的只在回风巷施工高位钻孔抽采纯量提高了55%,有效降低了上隅角和回风流中的瓦斯浓度,增效明显。