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。     

采空区瓦斯渗流规律的CFD模拟

对瓦斯在煤层中流动、在邻近煤层和围岩中流动规律进行分析;总结出采空区瓦斯分布规律。引入地质变化连续函数,更加准确地建立了采空区瓦斯渗流模型,利用CFD软件进行模拟解算,研究了采空区瓦斯渗流场变化规律,并通过对比确定了一种计算模型。研究表明：采用CFD模型研究采空区瓦斯渗流规律是可行的方法之一。     

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。     

综放采空区瓦斯流动规律数值模拟研究

采用Fluent模拟软件,选择标准双方程模型,对u型和U＋L型通风方式下综放采空区瓦斯流动进行数值模拟,研究其分布规律。模拟结果表明：在走向方向上,从自然堆积区到压实稳定区,在倾斜方向上,从进风侧到回风侧,在垂直方向上,从底板到断裂带最上部,瓦斯浓度逐渐增大;上隅角瓦斯浓度由u型的13％T降到了U＋L型的0．6％左右,大大降低了上隅角瓦斯浓度,有效的解决了瓦斯超限的问题。     

采空区瓦斯流动规律CFD数值模拟的误差分析

以阳泉三矿K8206综放面为模型,采用CFD数值模拟方法对其采空区瓦斯流动及分布规律进行了数值模拟研究。为了分析数值模拟结果与现场实测数据的误差,建立了3条考察标准。考察结果表明,工作面瓦斯浓度分布规律与现场实测的是吻合的;回风巷、内错尾巷、高抽巷的瓦斯浓度误差分别为6%、59.2%、25%,回风巷、内错尾巷、高抽巷的风速误差均小于10%;采空区压实区的风流流态为层流,离层区风流流态为紊流与过渡流。     

基于CFD的采空区氧气流场分析

在利用束管采样系统现场测定黄白茨矿1293工作面采空区气体基础上,采用CFD方法对采空区氧气分布规律进行了数值模拟研究,模拟结果表明:采空区氧气浓度分布呈不规则"O"型状,除中间压实区域,采空区大部边缘地带氧气浓度在5%以上,具备遗煤自燃的供氧条件.同时表明:采用CFD模型模拟得到的采空区氧气分布规律与现场实测结果比较吻合.因此,采用CFD技术研究采空区氧气分布规律是可行的.     

综放面采空区氧化带分布规律的CFD模拟

为研究综放面采空区氧化带分布规律及其与配风量的关系,开发了采空区氧体积分数场的CFD模型;结合实测数据的校准与验证,应用CFD技术模拟了一号井工矿4106综放面采空区氧浓度场的分布,模拟结果与实测数据基本吻合;应用验证了CFD模型,研究了不同配风量下4106综放面采空区"氧化带"的分布规律,得出配风量与氧化带分布规律的函数关系式.研究表明,随着配风量的增加,氧化带宽度加大,并且配风量对"两道"氧化带的分布规律影响较大,对中部氧化带的分布规律影响较小.     

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。     

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。     

窄煤柱工作面采空区瓦斯运移规律数值模拟

宜兴煤业5309工作面采空区与5308工作面之间留设4 m窄煤柱,为了确定5309工作面采空区对5308工作面瓦斯涌出的影响,以便制定合理的瓦斯治理措施,文中分析了5308工作面的瓦斯来源,结合FLUENT软件对5309采空区注氮驱替的效果进行模拟,结果表明5309采空区注氮驱替能够有效控制其对5308工作面的影响。     

CFD modelling of longwall goaf gas flow to improve gas capture and prevent goaf self-heating

CFD models have been developed to investigate the longwall goaf gas flow patterns under different mining and geological control conditions. The longwall goaf was treated as porous regions and gas flow was modelled as a momentum sink added to the momentum equation. Gas desorption from the caved goaf and destressed coal seams within the mining disturbed area was modelled as additional mass sources in the continuity equation. These CFD models were developed according to specific longwall layouts and calibrated against field monitoring data. Two case studies were presented demonstrating the application of CFD modelling of goaf gas flow characteristics for improved goaf gas capture and the reduction of oxygen ingress into the goaf areas for self-heating prevention. Results from the case studies indicate that the optimum goaf drainage strategy would be a combination of shallow (near the face) and deep holes to improve the overall drainage efficiency and gas purity. For gassy longwall faces retreating against the seam dip, it is recommended to conduct cross-measure roof hole drainage targeting the fractured zones overlying the return corner, rather than high capacity surface goaf drainage deep in the goaf.     

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。     

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。     

开采薄煤层采空区瓦斯分布规律数值模拟研究

以数值软件Fluent6.23为研究手段,以峰峰矿区黄沙矿2 上 薄煤层开采为工程背景,对其采空区内瓦斯运移与分布规律进行了数值模拟研究,获得了采空区瓦斯运移与分布的特性规律。结果表明：采空区各分区内瓦斯运移与分布特性受工作面通风系统影响呈随分区孔隙率增加而增加的趋势,重新压实区几乎不受其影响;瓦斯运移速度随着孔隙率的增大呈增大趋势,计算收敛后模型内的重新压实区内几乎无瓦斯运移发生;采空区内瓦斯浓度分布分区明显,随分区孔隙率增加而呈减小趋势,且减小率呈非线性;采空区内高瓦斯浓度区位于回风巷侧的采动影响区后部和重新压实区内。     

高位钻孔瓦斯抽放采空区自燃“三带”的数值模拟

通过简化模型代替采空区复杂流动环境,建立采空区漏风流场的数学物理模型;利用FLUENT软件模拟采空区气体速度场、氧浓度场分布,根据双指标综合划分采空区自燃“三带”;分别对1301工作面正常回采时和高位钻孔抽放条件下采空区自燃“三带”数值模拟,得出高位钻孔抽放对采空区自燃“三带”的影响范围,实现现场无法到达情况下的理论分析.     

采空区风流移动规律的数值模拟与可视化显示

采用有限元计算机数值模拟,结合图形显示技术,深入研究了采煤工作面采空区的风流移动规律及计算问题,求解了二维定常流场方程,并以图形方式绘出风压分布等值线和流线,迅速直观地反映出采空区流场风压的分布和风流流动状况。重点讨论了工作面向采空区漏风的入、出变化情况,得到工作面漏向采空区的风量qL与工作面风量Q的关系qL=aQ^2。     

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。     

动态水力旋流器流场数值模拟研究

动态水力旋流器具有分离效率高、压力损失小、处理量及处理量变化范围大等优点,是近年来研究比较多的除尘和油水分离设备.本文基于计算流体力学原理,利用流体力学FLUENT对中心进料式动态水力旋流器内部流场进行了研究和分析.通过模拟,可以准确地反映流场内部情况,从而对动态水力旋流器的分离效果及其性能进行预测并指导设计旋流器结构,为动态水力旋流器的优化设计提供依据.     

采空区注氮对瓦斯爆炸危险区的影响数值模拟

为研究注氮对高瓦斯矿井采空区内瓦斯爆炸危险区的影响,以安徽许疃煤矿3235工作面为实例,使用COMSOL多物理场耦合模拟软件建立采空区注氮模型,分析了不同注氮流量及注氮位置条件下采空区气体运移规律,并依据线性叠加的数学原理对采空区瓦斯爆炸危险区进行划分,分析其分布特征。通过对比研究发现:随采空区注氮流量的增加,爆炸所需最低浓度的氧气和爆炸极限内的甲烷,分别有向工作面和采空区移动的趋势,瓦斯爆炸危险区的最大宽度以及面积均呈现减小趋势;注氮位置和瓦斯爆炸所需氧气体积分数的危险区域,在一定范围内呈现负相关性。