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。     

关于几种半封闭采空区瓦斯抽采方法的比较

针对云南省煤矿瓦斯抽采的现状，文章推荐了多种在国内煤矿行之有效、较为先进的采空区及邻近层瓦斯抽采方法。可供省内高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井在建立、完善矿井瓦斯抽采系统、选择适合的抽采方法时借鉴和参考。     

矿井采空区瓦斯抽采技术的研究及应用

介绍了矿井采空区瓦斯抽采技术在国内外发展的现状、发展趋势以及存在的问题。对采空区瓦斯抽采技术的应用效果进行了详细的叙述。对矿井采空区的瓦斯综合治理具有一定的指导意义。     

基于FLUENT的采空区瓦斯运移规律数值模拟研究

为了研究采空区瓦斯运移规律,以汪家寨煤矿P41104综放工作面采空区为原型,运用FLUENT软件进行建模,针对不同风速、遗煤升温及上隅角瓦斯浓度超限3类情况进行模拟研究,结果表明：通风条件下对采空区浅部瓦斯浓度场有较大影响,但随着走向和倾向距离增大,通风对采空区瓦斯浓度场的影响非常小;采空区出现遗煤氧化升温现象后,高温热源周围的瓦斯浓度随着温度的升高而升高,但升高幅度较小,并且高温热源对整个采空区温度场的影响较小;高位钻孔抽采瓦斯可以有效解决上隅角瓦斯浓度超限的问题。     

老采空区瓦斯抽采地面钻井的井网布置方法

为实现老采空区瓦斯抽采地面井网的优化布置,以导气裂隙带几何边界是否交汇作为相邻老采空区是否连通的依据,给出了相邻老采空区纵向连通及横向连通的判别方法和步骤,提出了基于老采空区连通性的老采空区区域划分方法;根据老采空区瓦斯的来源,采用分源法建立了老采空区瓦斯储量的计算模型;将老采空区瓦斯抽采地面钻井的管网选线优化设计转化为求解无向加权连通图最小生成树的图论问题,并举例介绍了Kruskal算法求解无向加权连通图最小生成树的详细步骤.在上述研究基础上给出了老采空区地面钻井井网优化布置的方法和步骤.     

基于FLAC~(3D)的瓦斯抽采半径数值模拟方法研究

随着高瓦斯矿井开采深度的加深,抽采任务日益加重,传统的瓦斯抽采半径测试方法步骤繁琐、耗时长,已经满足不了要求,寻找一种快速测试抽采半径的方法具有重要意义。利用瓦斯在煤层裂隙结构中的流动规律建立钻孔瓦斯径向不稳定流动微分方程,并建立数值模型模拟煤层抽采钻孔周围瓦斯压力分布,最后通过余吾煤业现场实测进行模拟结果验证。结果表明:利用计算机软件FLAC3D确定抽采半径的方法具有方便、快速和准确的特点,对快速测定抽采半径和合理布置钻孔具有重要意义。     

煤矿采空区地面钻井法瓦斯抽采技术的探索

煤矿采空区瓦斯分为封闭式老采空区瓦斯和开放式现采空区瓦斯,是影响矿井瓦斯涌出量的主要来源,特别是开采工作面采空区瓦斯涌出,是造成瓦斯超限和瓦斯事故的重要因素。采空区瓦斯抽采是有效预防治理瓦斯的措施,许多矿井采用。岳城煤矿1302(上)工作面采用地面钻井法抽采技术治理采空区瓦斯的经验,为有效防治瓦斯提供了新途径。     

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℃。     

基于CFD采空区瓦斯埋管抽采技术数值模拟研究

在高瓦斯厚煤层的开采过程中,瓦斯危害已经影响到煤矿正常生产,其中采空区瓦斯危害是目前煤矿灾害防治的重点之一。以山西晋城寺河矿综采工作面的采空区为研究对象,在分析了寺河煤矿瓦斯抽采现状、工作面瓦斯涌出规律、采空区瓦斯涌出在工作面瓦斯涌出的占有比例、以及采空区埋管抽采瓦斯方法和抽采参数后,构建了该矿采空区瓦斯抽采数值模型,通过分析对比瓦斯运移分布规律模拟结果,得出了寺河煤矿采空区瓦斯埋管抽采技术参数,对提高寺河煤矿采空区瓦斯抽采效率有一定的指导意义。     

顶板全程同步钻孔采空区瓦斯抽采技术的可行性分析

分析了顶板全程同步钻孔采空区瓦斯抽采技术的可行性,并用UDEC进行数值模拟确定了关键技术参数,为采空区瓦斯抽采提供了安全高效的技术手段,对综采工作面瓦斯治理具有重要意义。     

基于采空区瓦斯运移规律的抽采钻场设计

为了对高瓦斯工作面采空区抽采钻场进行设计,使采空区及工作面上隅角瓦斯得到有效控制,通过数值模拟分析了采场覆岩结构及裂隙发育规律;根据模拟结果利用实验室试验分析了抽采钻孔在不同位置时采空区瓦斯的运移规律,得出终孔位置距煤层顶板上方30m左右,距回风巷水平距离10～20m时抽采效果最佳;且终孔高度应根据工作面覆岩结构形态有所区别,靠近回风巷的钻孔高度应控制在规则冒落带上部,靠近工作面中部的钻孔应布置在裂隙带内。     

PLC控制技术在采空区瓦斯抽采方面的应用

利用PLC控制技术实现对采空区瓦斯抽采管路的温度、主要气体浓度等参数的采集,对真空泵、循环水泵、冷却风扇和主管道电动调节阀门等设备的实时调节,给出了PLC控制的工艺要求和控制逻辑表,得到了很好的运行结果。     

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。     

基于非均质采空区渗流模型的高位钻孔瓦斯抽采效果预测分析

为了揭示采空区高位钻孔治理综采工作面瓦斯超限的作用机理及规律,以晋煤集团寺河煤矿W1308综采工作面为研究对象,利用UDEC离散元分析软件计算确定高位钻孔布置层位,利用UDF二次开发工具建立符合O型圈空隙分布特征的非均质采空区渗流模型,基于分源预测思想建立采空区瓦斯涌出源精准计算模型,最终形成W1308综采工作面采空区瓦斯贮存运移数值计算CFD模型,模拟得到高位钻孔作用下采空区气压场与瓦斯浓度场,并确定了高位钻孔最佳孔口负压为26.3 k Pa,现场实测与模拟结果相对误差小于10%,说明数值模拟方法可用于预测分析高位钻孔瓦斯抽采效果。研究结果表明:其他条件一定时,上隅角瓦斯浓度与回风巷瓦斯浓度随高位钻孔负压增大呈现先减小后增大变化规律,存在最佳孔口负压。     

走向高位抽采巷抽采采空区瓦斯技术的应用与分析

为了解决综采工作面采空区瓦斯向回采空间和回风隅角涌出而造成的局部瓦斯积聚和超限问题,沿煤层顶板裂隙发育带施工走向高位抽采巷,对采空区瓦斯进行抽采。通过对走向高位抽采巷抽采采空区瓦斯效果和对回风流、回风隅角瓦斯浓度的影响分析,得出走向高位抽采巷末端进入采空区40 m左右时,抽采效果达到峰值,并基本稳定,解决了综采工作面生产期间回风流、回风隅角瓦斯治理难题,杜绝了瓦斯超限事故。     

晋城矿区综放面尾部抽采采空区瓦斯的实践与探索

矿区3#煤层属可抽采煤层,进行本煤层预抽时,采煤面采空区瓦斯涌出比例大和集中涌出。这就要求,加强采面预抽时,必须尽可能进行采空区抽采瓦斯。本文以成庄矿为例,对综放面尾部抽采采空区瓦斯进行了系统分析,为晋城矿区高产高效矿井进行采空区抽采提供了又一思路。     

采区回采结束后采空区瓦斯异常涌出的原因分析与治理措施

针对14采区结束后瓦斯异常涌出问题,通过对大气压力变化影响及采区密闭段巷道裂隙瓦斯涌出的分析,采取了密闭、巷壁内注浆、巷道喷浆、插管抽放、隔绝气室、风门增压等综合治理措施,消除了瓦斯积聚、超限的安全隐患,保证了14022工作面的正常回采。     

综放面采空区瓦斯抽放条件下氧浓度场的CFD模拟

为研究采空区瓦斯抽放条件下自然发火的规律,建立了瓦斯抽放条件下综放面采空区自然发火的CFD模型,采用计算流体动力学技术模拟了该条件下高瓦斯综放工作面采空区氧气浓度的分布,并采用现场实测数据对模型进行了校准和验证,利用模拟结果分析了采空区瓦斯抽放条件下,浮煤自然发火的规律,分析了采空区瓦斯抽放和防灭火之间的关系,提出了瓦斯抽放条件下的防灭火工作技术思路与关键技术。     

大气压变化影响采空区瓦斯异常涌出的原因分析与防治技术

地表大气压变化引起井下风流(气体)绝对静压同步变化,使采空区气体呈“膨胀—收缩”的“呼吸”状态,从而导致采空区瓦斯异常涌出。通过分析这一过程的变化原因和规律,采取通风系统调整和采空区瓦斯抽放等措施,解决了高瓦斯综放面瓦斯超限问题。