现采空区瓦斯流动耦合模型及抽采参数确定

随着开采深度增加,采用"U"形通风方式的回采工作面经常出现上隅角瓦斯超限现象。根据现采空区岩石垮落的特性以及现采空区气体流动方程、扩散方程等建立了现采空区瓦斯流动耦合模型,数值模拟了抽采前后现采空区瓦斯浓度场分布情况。根据模拟结果现场采用埋管抽采方法并确定了瓦斯抽采参数。既保证了工作面瓦斯不超限,同时确保了矿井产量达标。     

采空垮落区的风流运动和瓦斯运移作用机理

通过对采空区内矸石的特性分析,研究瓦斯在采空区中的扩散规律。建立瓦斯在采空区内扩散的数学模型,描绘了回采中采空区瓦斯的运移与分布的流体动力学原理。给出增大风量后瓦斯分布的算例,由此反映出工作面风压与采空区内部瓦斯压力的动态平衡性。运用质量守恒定律和非线性渗流方程,提出基于Fick扩散定律和Brinkman方程的瓦斯扩散-通风对流运移模型,综合考虑了流体压力梯度和动能作用,比较适合采空垮落区的风流运动和瓦斯对流扩散规律。通过数值模拟并与实验结果对照,研究采煤工作面采空垮落区内瓦斯运移的作用机理。认为采空区内瓦斯扩散的数值模拟的模型是有效可行的,为扩散规律的研究提供理论依据,从而有助于煤矿瓦斯监测与安全管理。     

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。     

U型通风方式采空区漏风流场和瓦斯分布规律研究

在分析了采空区漏风的基础上,通过Fluent软件,对采煤工作面的U型通风方式进行了模拟。通过模拟结果对采空区漏风风流的分布和采空区的瓦斯流动分布以及漏风对采空区自燃三带的影响进行了分析,发现了在U型通风方式下,漏风对采空区的风流分布、瓦斯流动分布及自燃三带分布的普遍规律。这一发现对于指导U型通风方式下的瓦斯抽放、瓦斯防治和防灭火具有指导意义。     

安全高效高瓦斯工作面下行通风技术研究与应用

为解决上行通风引起的上隅角瓦斯积聚及采空区抽采管路无法回收等技术难题,将采煤工作面通风方式改为下行通风方式。采用数值模拟的方法,分别对保德煤矿回采工作面采用上行、下行通风方式的采空区瓦斯分布规律进行模拟,确定了下行通风技术参数,并在保德煤矿81505工作面试验采用下行通风方式。结果表明:应用下行通风方式解决了回风隅角瓦斯积聚问题,实现了采空区主要抽采管路的安全回收,解决了采空区遗留金属管路的安全隐患,且工作面巷道优化布置后可减少掘进一条巷道,单个采煤工作面同比节约成本超过5 000万元。     

采空垮落区瓦斯非线性渗流-扩散模型及其求解

根据高强度快速推进条件下大空间采空垮落区瓦斯运移的特点,按照渗流力学理论,将采空区视为连续的渗流空间,瓦斯在采空区实际是机械弥散和分子扩散引起的散布过程,通风风流流动状态是由工作面湍流向采空区深部层流的过渡状态.运用质量守恒定律和非线性渗流方程,提出基于Fick扩散定律和Brinkman方程的瓦斯扩散-通风对流运移模型,综合考虑了流体压力梯度和动能作用,比较适合采空垮落区的风流运动和瓦斯对流扩散规律.通过数值求解,研究采煤工作面采空垮落区内瓦斯运移的作用机理.     

高抽巷抽采瓦斯流动耦合模型及内错距离分析

为解决回风巷和上隅角瓦斯超限的问题,对高抽巷与回风巷的内错距离进行了研究。根据采场气体的流动特征,基于Navier-Stokes、Brinkman、平移-扩散方程和Fick扩散定理建立了采场瓦斯流动耦合模型,采用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics模拟无高抽巷时和高抽巷与回风巷内错距离不同时,采场瓦斯浓度及流场分布特征,并结合具体的工程实例进行了验证。结果表明:不同内错距离的高抽巷对采场瓦斯治理效果有明显的影响;采空区及工作面上部瓦斯浓度大于下部,上隅角附近平均瓦斯浓度与内错距离呈"V"型关系,当内错距离约30 m时,上隅角和采空区上部瓦斯浓度最小,瓦斯治理效果最好。数值模拟结果与现场工程应用结果基本一致,证明了模型的合理性。     

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。     

控制采空区瓦斯涌出量的有效方法

<正> 采用壁式采煤法和随采煤工作面推进报废巷道的方式开采含瓦斯煤层时,最重要、最复杂的课题是抽放采空区瓦斯。开采深度的增加和无煤柱采煤法的应用导致采空区瓦斯涌出量增加,在采区瓦斯总量中达到80%。在卡拉甘达煤田,为降低采空区瓦斯涌出量,可同时采用的排瓦斯方法达到四     

高突矿井综采工作面合理区段煤柱留设

针对高突矿井采煤工作面矿压显现导致煤柱产生裂隙裂缝,相邻工作面采空区瓦斯扩散影响工作面安全回采的难题,在双柳煤矿33(4)23和33(4)25工作面通过理论计算、数值模拟、现场测定,研究煤柱宽度留设的极限值、应力分布规律以及现场瓦斯浓度。试验结果证明：最佳煤柱留设距离为30～40 m;巷道侧最大应力位置为距巷道2.5 m处,煤柱附近应力随距巷道距离增大先快速下降,接着逐步升高,在靠近采空区区域发生应力增大,接着应力逐步下降。通过在33(4)25工作面施工围岩钻孔开展应力测定以及检测工作面瓦斯浓度,发现工作面之间留设30 m的煤柱,不但可以满足巷道支护强度的要求,还可以阻碍瓦斯扩散。     

“U+L”型通风条件下采场瓦斯分布规律研究

为了研究“U+L”型通风条件下采场瓦斯分布规律,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,理论分析了工作面瓦斯赋存规律和多孔介质瓦斯运移模型基本方程,然后,采用Fluent数值模拟软件,模拟了“U+L”型通风方式下采空区瓦斯浓度分布、工作面瓦斯分布规律以及采空区风流场分布规律。研究得出,该通风方式下,能够稀释和疏散采空区瓦斯,同时也增大了回风巷排瓦斯的负担,应增加其他相关瓦斯抽采措施,确保矿井的安全开采。     

采动裂隙场瓦斯运移规律分析

为了研究采动裂隙场瓦斯运移规律,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,理论分析了采动裂隙场中瓦斯涌出规律以及采动裂隙场中瓦斯运移数学模型,然后建立了“U型+走向高抽巷”通风模型,采用COMSOL软件数值模拟了“U型+走向高抽巷”通风下采空区纵向剖面、水平剖面瓦斯浓度分布以及采场瓦斯三维空间分布。研究得出,通过“U型+走向高抽巷”的布置,瓦斯抽采效果良好,为瓦斯抽采提供了借鉴。     

王庄煤矿6206综放面采空区瓦斯流场及浓度分布规律研究

利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对6206综放面回采不同区段时采空区瓦斯流场及浓度分布进行了数值模拟,得到了"J"型通风条件下的采空区流场及瓦斯运移规律。结果表明,采用"J"型通风系统可减少采空区向上隅角的集中漏风,对有效解决工作面上隅角瓦斯积聚有着重要的作用。     

大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术研究

针对高瓦斯厚煤层高强度开采条件下“三进两回”型通风系统回风隅角瓦斯治理的难题,通过对矿井回采工作面通风方式进行优化,使工作面形成偏“Y”型的通风方式,并与大直径水平钻孔施工工艺相结合,提出了大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术,应用于保德煤矿综采放顶煤回采工作面的采空区瓦斯抽采。结果表明:偏“Y”型通风方式可减少工作面巷道掘进工程量,缩短准备周期,为瓦斯抽采创造了良好的时空条件;大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术的应用效果明显,可连续、高效实施采空区的密闭抽采,有效控制采空区瓦斯涌出强度;大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术能够实现对抽采负压的有效控制,有利于进一步提高采空区瓦斯抽采效果,并且其抽采支管可回收,可降低矿井瓦斯治理的成本。     

杨柳煤业10416工作面瓦斯涌出规律分析

为了分析杨柳煤业10416工作面通风系统调整以后,风量增大而工作面回风巷瓦斯浓度下降不大、风排瓦斯量增大的原因,分析了通风系统调整以来通风设施及采掘的变化情况及其对工作面风排瓦斯量及10414工作面采空区漏风的影响。通过分析认为影响因素有:通风系统调整引起风量和风阻的变化;临时通风设施的影响;邻近的10412工作面回风巷局部通风机的影响;采掘条件变化的影响等,其中通风系统调整及10412工作面回风巷局部通风机是主要原因。     

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。     

W型通风工作面中隅角瓦斯治理技术研究

针对龙滩矿井综采工作面W型通风系统,易造成回采工作面中隅角瓦斯积聚与超限问题,以龙滩矿井3112南回采工作面为工程研究背景,提出采取主动抽放采空区瓦斯,实施高抽巷瓦斯治理技术,实现了中隅角与回风巷瓦斯不超限,保证了矿井安全生产。     

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.