考虑温度变化的采空区瓦斯抽采数值模拟

考虑采空区瓦斯抽采工作面漏风引起采空区遗煤氧化升温问题,基于Darcy渗流定律、Fick扩散定律和Fourier导热定律,利用质量守恒方程和能量守恒方程建立了考虑温度变化的采空区流场、瓦斯浓度场、氧浓度场、固体温度场和气体温度场的瓦斯抽采多场耦合数学模型;应用有限体积法分别离散了考虑温度变化下的采空区瓦斯抽采多场耦合二维数学模型,基于Microsoft Visual Basic编制了计算机解算程序,利用Tecplot软件对求解结果进行可视化,研究了瓦斯抽采前后的采空区瓦斯压力、瓦斯浓度、氧浓度、固体温度和气体温度分布情况及前后变化趋势。结果表明:瓦斯抽采前,采空区下隅角附近存在明显的气体高压区并且向四周逐渐降低,上隅角附近存在明显的气体低压区并且向四周逐渐升高;瓦斯浓度从下隅角向上隅角逐渐降低,采空区深处的瓦斯体积分数高于近工作面处,高达16.0%;采空区下隅角附近的氧气体积分数较高,达到7.0%,且氧气浓度由下隅角向上隅角逐渐降低;在采空区漏入风侧存在明显的固体和气体高温区,并且温度由此处向四周逐渐降低。瓦斯抽采后,在抽采点处形成气体低压区,气体压力在采空区深度方向变化趋势缓慢;采空区上隅角的瓦斯浓度大幅降低,而采空区深处的瓦斯受抽采的影响较小;采空区浅部(0～100 m)氧气浓度升高,采空区深部(100～300 m)氧气浓度基本保持不变;高温区依旧形成于采空区漏入风侧,但高温区的范围有所扩大,采空区内固体和气体温度最大值要比抽采前高2℃。     

地面钻井抽采对采空区自燃危险区域影响研究

为研究地面钻井抽采对采空区煤自燃危险区域的影响,以某矿综采工作面为研究背景,现场利用束管监测系统和SF₆示踪气体,测定了采空区遗煤自燃危险区域和采空区漏风情况,并通过数值模拟研究了有无地面钻井情况下采空区自燃危险区域分布和地面钻井不同抽采量对采空区氧气浓度分布的影响。研究结果表明,采空区氧化带最大宽度为72.2 m,计算得出每日最小推进度为1.08 m;通过示踪气体测定风巷测点与地面钻井测点SF₆最大浓度之比为8∶1。数值模拟结果显示,地面钻井抽采使得采空区自燃危险区域范围增加,并且随着抽采量的增加,自燃危险区域随之扩大。     

地面钻孔抽采对采空区瓦斯运移及自然发火的影响数值模拟研究

地面钻孔抽采导致采空区漏风增加,采空区内瓦斯及氧气浓度分布发生变化,影响采空区自燃危险性。采用数值模拟的方法,对不同钻孔抽采量和抽采位置条件下采空区氧化带宽度及瓦斯浓度分布情况进行了模拟,研究结果表明,经地面钻孔抽采后,采空区两侧瓦斯浓度降低,高浓度瓦斯位置整体后移,但自燃氧化带宽度随之增加。随着抽采流量增加,瓦斯浓度降低,氧化带宽度增加;在靠近工作面及采空区深部位置布置钻孔进行联合抽采时,瓦斯浓度及自燃氧化带分布较为理想。采用多孔联合抽采方式时,在合理的布孔间距和抽采流量条件下,既可以降低采空区瓦斯浓度又能控制自燃氧化带宽度范围,能够有效解决采空区瓦斯涌出与自然发火问题。     

埋管抽采参数对采空区自燃特性影响研究

为了提高采空区埋管抽采效果,以开滦集团吕家坨煤矿5877Y工作面为研究模型,通过COMSOL软件模拟不同埋管抽采参数条件下,采空区漏风流场和氧浓度场的变化规律,得到最优瓦斯抽采参数。研究结果表明:随着埋管长度的增加,采空区氧浓度分布情况变化较小,而漏风风流的汇集端不断向采空区深部位移,最佳埋管长度为30m;埋管半径的增加导致采空区"自燃带"逐渐变宽,漏风流速逐渐增大,最佳埋管半径为120mm。埋管抽采参数的确定对采空区瓦斯治理和火灾防治具有重要意义。     

基于采空区防治的最优抽采负压确定研究

为了研究抽采条件下采空区自燃规律,采用束管监测、数值分析的手段得出不同抽采负压条件下氧浓度的立体分布及等值线图。研究结果表明:随着抽采负压的增大,采空区自燃"三带"中,散热带与自燃带变宽,窒息带变窄,同时自燃带整体呈现向采空区深部运移的趋势;瓦斯浓度随着抽采负压增大呈下降的趋势;结合采空区自燃带与瓦斯浓度的变化趋势,得出合理的抽采负压范围为24～34kPa。     

煤矿采动影响下地面井群瓦斯抽采范围研究

随着我国煤矿开采强度的日益提高,矿井回采空间瓦斯涌出量大幅增加,即使低瓦斯矿井也有瓦斯"爆涌"问题显现。如何进行大范围、区域化的连续抽采,形成对回采空间涌出瓦斯的低成本长效控制,依然是目前面临的重要难题。采动区瓦斯抽采地面井在地面施工,能够连续进行采动区/采空区抽采,是区域化连续抽采控制回采空间瓦斯浓度的有效技术。因此,在对采动区内覆岩裂隙场渗流特征分析基础上,建立了采动区地面井抽采条件下地面井周围采动影响范围内的气体压力衰减梯度变化函数,提出了以采动裂隙场内气体压力衰减梯度曲线拐点为依据的地面井有效抽采范围判定原则;进而,建立了采动区瓦斯地面井(群)抽采效果评估方法,并提出了抽采率指标的计算模型;最后,以晋煤集团岳城矿为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟分析和现场小井群抽采试验相结合的方法对采动区瓦斯地面井小井群抽采的参数优化、应用效果等进行了对比分析与验证,证明了采动区瓦斯地面井(群)抽采具有很高的实用价值。     

注氮条件下瓦斯抽采对采空区自燃“三带”的影响

为了解决高抽巷抽采引起采空区漏风量增加导致采空区遗煤自燃倾向增大的问题,针对正行煤矿1502综放工作面开采具有高瓦斯易自燃的特点,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,通过Fluent软件模拟了采空区未采取注氮和抽采措施、高抽巷抽采和注氮条件下高抽巷抽采等3种情况的采空区瓦斯浓度场、漏风场、氧气浓度场的变化情况,得出了采空区自燃"三带"分布范围:散热带0~23 m,氧化带23~69 m,大于69 m为窒息带;将采空区自燃危险性区域确定为23~69 m。根据以上结果,对注氮效果、抽采负压进行评价,完善了采空区在注氮条件下高抽巷抽采防灭火系统。     

注氮条件下不同抽采负压对采空区氧化宽度影响

针对正行煤矿1502综放工作面开采具有高瓦斯易自燃的特点,现场进行采空区"三带"测试,并对测试数据进行分析.运用气体渗流理论通过FLUENT6.3模拟了注氮的同时改变高抽巷抽采负压情况下采空区瓦斯浓度场、漏风场、氧气浓度场.通过FLUENT模拟技术,观察高抽巷不同抽采负压与回风巷上隅角瓦斯浓度大小之间的关系,并建立这种关系的拟合方程,计算出回风巷上隅角瓦斯浓度不超限时的最低抽采负压.根据模拟的注氮条件下不同负压抽采时漏风场和氧浓度场等值线图绘制出采空区自燃"三带"的划分图.得到了不同抽采负压与自燃带宽度之间的关系,并将这种线性关系拟合成方程,从而确定了高抽巷抽采负压的最佳范围,既可以预防上隅角瓦斯超限,又防止了采空区遗煤自燃事故的发生.     

高抽巷负压对采空区瓦斯涌出及自燃“三带”影响的数值模拟

将采空区看作多孔介质,利用渗流力学等理论推导出采空区渗透率及采空区渗流控制方程。利用数值模拟软件Fluent,以天池煤矿401工作面的相关基础参数模拟高抽负压对采空区瓦斯涌出和自燃"三带"影响规律。从模拟结果得出,抽采率随着高抽负压的增大而增加,但随着高抽负压的增大,抽采率增加幅度越来越小;高抽巷瓦斯浓度随着抽放负压升高而下降,但瓦斯抽放纯量是增加的。随着高抽负压的增加会使可能自燃"三带"宽度有所拉宽,但总体来说随着高抽负压的增大并没有使得采空区自燃"三带"与工作面的相对位置有明显的变化,为瓦斯抽放时火灾的防治提供理论依据。     

地面预抽钻井改采动井抽采采空区瓦斯技术研究

针对岳城煤矿工作面瓦斯涌出量大、采空区瓦斯难于治理的问题,采用地面预抽钻井改采动井技术抽采采空区瓦斯,在岳城矿1305(下)综采工作面进行了试验。结果表明:地面预抽钻井改采动井后,随着工作面的不断推进,采空区瓦斯抽采体积分数呈先上升后下降的趋势,当工作面推过该钻井30 m时,采空区瓦斯抽采体积分数最大为85%,瓦斯抽采纯量为6.7 m~3/min,抽采效果明显,地面预抽钻井改采动井成功的抑制住了采空区瓦斯涌出的问题,保障了采面安全生产。     

高瓦斯矿井极近距离煤层开采复合采空区自然发火综合防治技术

以高瓦斯煤矿极近距离煤层群开采为背景,采用理论分析、数值模拟和现场应用对极近距离煤层群复合采空区瓦斯抽采对采空区气体运移及立体"三带"分布的影响进行研究。研究结果表明:地面钻孔瓦斯抽采对采空区氧化带范围影响很大,地面钻孔抽采量越大,氧化带范围越大。选择合适的瓦斯抽采量,既能实现瓦斯治理效果,又能减少采空区漏风,减小"氧化带"范围。     

煤层顶板水平长钻孔布置高度对抽采效果的影响

通过对水平钻孔布置在煤层顶板不同高度时的抽采效果进行研究可为采空区瓦斯抽采时的水平钻孔布置高度选择提供理论依据.利用Fluent软件对钻孔与煤层不同距离时的钻孔抽采纯量与抽采混量、采空区瓦斯分布、上隅角瓦斯浓度变化进行数值模拟,并且研究了钻孔抽采纯量与抽采混量、采空区瓦斯分布、上隅角瓦斯浓度变化与钻孔布置高度的关系.研究结果表明:随着钻孔与煤层之间的距离增大,钻孔的抽采瓦斯纯量基本逐渐增加,抽采混量呈现减小趋势,抽采瓦斯浓度逐渐增大;采空区内部瓦斯浓度靠近进风巷侧和采空区深部逐渐降低,靠近回风巷侧呈现先减小再增加再减小规律,竖直方向上在顶、底板附近瓦斯浓度逐渐降低;上隅角瓦斯浓度先减小再增加再减小最后趋于平衡.     

地面钻井抽采瓦斯的技术研究和发展

为了提高瓦斯抽采量和节约井下瓦斯抽采时间,地面瓦斯抽采的研究不仅为瓦斯抽采方法提供了一种新的途径,同时也为矿井井下通风与抽采减轻了负担,在消除隐患的前提下,也提高了矿井生产能力。简要论述了国内外地面钻井的研究现状,列举了我国实施地面钻井抽采的成果,从自然可观因素和技术因素两个方面说明了影响地面钻井瓦斯抽采的各种因素,分析了地面钻井抽采的三个过程:在预抽采前,为了提高抽采效果,提供了增加煤层透气性的方法措施;分析了卸压抽采与采空区抽采瓦斯阶段的关键技术点。总结了地面瓦斯抽采的三个过程,得出"一井三用"综合抽采瓦斯方法的重要性,在"一井三用"的基础上总结出大直径地面钻孔抽采瓦斯是未来研究地面钻井的方向。     

顶板巷抽采量对采空区遗煤氧化区域的扰动效应

顶板巷瓦斯抽采作为一种常用的采空区瓦斯抽采技术手段,在有效治理工作面瓦斯超限问题的同时可能诱导采空区遗煤自燃的发生。为了深入分析顶板巷抽采量对采空区遗煤氧化的扰动效应,本文根据义马耿村煤矿13190工作面的工程条件,建立了同尺寸物理模型并求解了采空区漏风流场和氧气浓度场。结合现场实测数据,在验证模拟可靠性的基础上,以工作面向采空区漏风量的大小、采空区氧化区域的宽度、深度和面积为指标,探讨了顶板巷抽采量变化采空区遗煤氧化的扰动效应。研究结果表明:① 随着顶板巷抽采量的增加,工作面向采空区的漏风区域和漏风量逐渐增大;② 随着顶板巷抽采量的增加,采空区遗煤氧化区域的边界向采空区深部移动,氧化区域的宽度和面积逐渐增大;③ 鉴于顶板巷抽采量对采空区漏风量和氧化区域的扰动效应,应合理设置顶板巷抽采量的大小,以达到瓦斯与煤自燃灾害协调防治的目的。     

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。     

废弃矿井采空区瓦斯地面抽采经济效益分析

目前废弃矿井采空区瓦斯抽采采用的主要是地面钻井抽采的方式,其钻完井和抽采设备成本还比较高,为避免采空区瓦斯开发投资的盲目性,提出了盈亏平衡瓦斯资源量概念,即采空区抽采瓦斯预期销售收入与抽采井建设成本相平衡时的采空区瓦斯资源量.对于瓦斯资源量低于盈亏平衡瓦斯资源量的采空区应暂缓进行瓦斯抽采,而瓦斯资源量高于盈亏平衡瓦斯资...     

采空区抽采负压对自燃规律数值模拟研究

为了提高瓦斯的抽采效率,以林南仓5877Y工作面为研究对象,建立了采空区埋管瓦斯抽放数值模型,在保证其它参数不变的前提下,采用COMSOL模拟软件研究不同抽采负压对采空区温度场、氧浓度场和流场的影响规律。研究结果表明：随着抽采负压的增大,采空区的高温区域逐渐向回风巷一侧扩散|漏风风流由抽采前聚集在回风巷附近转移到埋管口一端|进风侧的自燃带宽度随着负压的增大逐渐增大,而回风侧呈先增大后减小的趋势。最后将模拟结果与现场数据进行对比分析,验证了模拟的准确性。     

采动区地面井煤层气开发井位布置技术研究现状及发展趋势

随着煤矿的高强度开采,井下抽采已不足以解决瓦斯问题,地面钻井抽采煤层气的研究正成为国内的研究的热点。通过对国内采动区地面钻井相关资料的整理分析,阐明了采动区地面钻井抽采卸压瓦斯机理,明确当前采动区地面钻井布井技术研究现状。指出利用应力场、渗流场、裂隙场耦合关系,考虑不同矿区、不同地质条件下对地面钻井控制范围进行系统研究,将为采动区地面钻井在采场走向间距布置提供理论支撑。     

余吾煤业公司地面钻井抽采采空区瓦斯技术研究及应用

为解决采空区积聚瓦斯涌向工作面,造成工作面和回风流瓦斯浓度超限难题,潞安集团余吾煤业公司根据矿区自身实际情况将瓦斯治理与采矿技术相结合,在N2105工作面开展地面钻井抽采采动影响煤层及采空区瓦斯试验。结果表明:随着工作面推过钻井距离增大,采空区顶板垮落,顶底板裂隙逐渐发育,观测期间瓦斯浓度由初期的12.2%增长到69.4%,瓦斯纯流量从1.32m3/min上升到13.94 m3/min;1个月内累计抽采纯瓦斯总量30.704万m3,产气平稳阶段瓦斯纯流量在9 m3/min以上共13 d,占总抽采期的41.9%。解决回采工作面瓦斯超限的难题的同时,实现了煤与瓦斯共采。     

采空区瓦斯高位定向长钻孔抽采技术研究

为了降低采空区瓦斯异常涌出风险,实现采空区瓦斯高效抽采,基于高位长距离定向钻孔技术对采空区高顶裂隙瓦斯进行抽放,以期实现采空区瓦斯有效治理。运用理论计算和数值模拟相结合的方法,对盘江煤矿23125工作面232石门钻场采空区垮落带、裂缝带范围进行确认,并以此范围为参考对高位定向钻孔进行优化设计与现场试验验证。结果表明:优化后的垮落带、裂缝带位置可以实现长距离定向高效抽采采空区瓦斯;单孔瓦斯抽采浓度最大为63%,平均瓦斯抽采浓度为40%～55%,抽采一定时间后采空区瓦斯显著下降,下降率为17%左右。