非均质采空区气-固耦合温度场迎风有限元求解

重点讨论了用迎风有限元方法结合图形显示技术计算回采采空区温度场温度分布问题．先建立采空区煤耗氧和自燃升温的定解数学模型，联立求解了漏风渗流方程、氧浓度消耗——弥散方程和传热方程．详细描述了在漏风流作用下采空区遗煤氧化自燃过程，给出了采空区温度分布的稳定的动态数值解．通过计算对比，该方法有效地控制了数值解的振荡，避免了人工干预对计算结果影响，又便于可视化处理．     

多邻近采空区瓦斯抽采下工作面漏风规律研究

为了掌握邻近多采空区及本煤层采空区瓦斯抽采背景条件下的采空区漏风规律,以沙曲矿15202工作面为例对邻近多采空区的开采环境及其采空区瓦斯抽采所导致的漏风问题开展研究。通过对采空区的空间环境分布及瓦斯抽采对15202工作面漏风影响的分析,辅助工作面沿程漏风量实测,采空区及瓦斯抽采系统中气体体积分数的测定,结果表明:(1)多邻近采空区及在瓦斯抽采条件下,工作面采空区漏风严重;(2)采空区漏风风量中的55.7%经采空区漏入工作面,18.5%经上覆裂隙进入14202采空区抽采系统,14.7%进入邻近采空区,11.1%进入上隅角瓦斯抽采系统。此结果为采空区煤自燃防治提供了决策依据,并对类似工作面的漏风识别具有指导意义。     

综采放顶煤采空区注氮防灭火模拟试验研究

采用物理模拟试验研究了综采放顶煤采空区注氮防灭火的适用性．综采放顶煤采空区注氮模型的相似性分析表明，在保证采空区流体动力相似的条件下，即可满足采空区注氮模拟条件．模拟结果表明，对２００ｍ长的综放面采空区注氮难以取得有效的惰化效果．现场观测表明，无煤柱开采的综放面，邻近采空区的漏风及自燃发火危险更大，应在漏风源处注氮，并配合堵漏和均压措施，彻底惰化漏风源．     

切顶卸压留巷开采模式下工作面及采空区内风流运移特性

针对切顶卸压留巷开采模式下工作面和采空区内风流运移特性不明确的现状,以哈拉沟煤矿12201回采工作面为工程背景,采用Fluent软件分别模拟工作面和采空区内风流运移,结果表明:切顶卸压留巷开采模式下,靠近工作面两端隅角处的采空区内分别存在一个较大涡流区,紧邻工作面的采空区内存在部分较小涡流区;采空区内风流与工作面及留巷内风流均存在质量交换现象;沿工作面倾向存在18～85 m和304～325 m 2个重点漏风区段,321～325 m为严重漏风区段;留巷内22～100 m和390～398 m为重点漏风区段,22～30 m为严重漏风区段。重点和严重漏风区段是工作面漏风重点防范区段,需制定封堵、引导风流措施。研究结果可为防范切顶卸压留巷开采工作面采空区漏风、瓦斯气体体积分数超限爆炸、煤层自燃提供参考。     

简放工作面供风量与采空区遗煤自燃危险性研究

针对地方煤矿易自燃厚煤层简易放顶煤开采推进速度低的现实条件,本文在分析不同氧浓度条件下煤的耗氧速度、采空区煤氧化自燃三带及其与采空区漏风量关系基础上,研究了工作面供风量与漏风量及其采空区氧化带宽度的关系,研究结果为厚煤层简放开采工作面的合理供风量及防治煤炭自燃措施应用提供了技术依据.     

采空区漏风机理与防治对策研究

介绍了在采空区漏风分布研究中提出的Ｕ形漏风通道概念．经计算机模拟得出新的、更符合实际的采空区漏风分布规律，并依此制定了有效的防治技术措施．通过试验应用取得了防止采空区遗煤自燃的最佳成果，创造出了很好的经济效益与社会效益．     

J型通风综放采空区流场与瓦斯运移数值模拟

针对综放开采新型J型通风系统，建立了J型通风采空区流场模拟的计算流体力学模型．通过数值模拟，对比分析了J型通风和U型通风条件下的采空区流场及瓦斯运移特征．在不同采空区大小、排瓦斯专用巷抽排能力以及抽排风机安设位置等条件下，系统研究了J型通风采空区流场和瓦斯运移规律．结果表明，采用J型通风系统可消除采空区向上隅角的集中漏风，从而有效解决了U型通风上隅角瓦斯积聚问题．     

某矿山采空区稳定性分析

地下矿山开采采空区稳定性一般受多重因素影响,除岩体自身结构和应力外,还受采矿方法、采空区充填情况、岩体赋存条件以及爆破震动等外在因素影响。各种因素复杂多变,相互干扰,构成了采场顶板安全跨度的不确定性。通过对矿山现状采空区情况进行调查、统计和分析,开展矿山采空区稳定性研究工作,采用理论计算和数值模拟分析相结合的方式,评估采空区安全性,为保证矿山深部安全生产提供技术支撑。     

综采支架对采空区流场的影响

综采机械化推进速度快,容易使综采支架顶部、上隅角等处瓦斯超限,综放采空区冒落空间大、遗煤多、漏风量较小,也容易造成采空区遗煤自燃.综采支架的存在,影响工作面向采空区漏风.因此利用Fluent软件,对存在与不存在综采支架两种情况下采空区漏风流场进行了数值模拟.结果表明,没有综采支架和有综采支架情况下采空区的漏风量、漏风风速分布和自燃三带的位置和宽度有很大差别.有综采支架时,工作面向采空区的漏风量较小,致使采空区的风流速度很小,自燃带靠近工作面.为了得到接近实际采空区的风流流动规律,解算采空区流场时需要考虑综采支架的影响.     

采空区瓦斯涌出与自燃耦合基础研究

基于漏风渗流方程、多组分气体混溶-扩散方程和综合传热方程,建立采空区瓦斯和自燃耦合数学模型．通过现场实测获得基础数据,用G3程序（有限元数值方法）求解了在煤耗氧和瓦斯涌出共同环境下采空区瓦斯-氧浓度及温度的分布．结果表明,在单纯瓦斯涌出（无消耗氧）条件下,采空区氧被瓦斯稀释现象比较显著;采空区内高强度的瓦斯涌出能够使自燃氧化区域进一步缩小,削弱了煤的自燃氧化进程;自燃产生的热风压也能加剧工作面向采空区的漏风及对采空区内瓦斯的排放．耦合影响随工作面向采空区的漏风量的提高而相对降低．     

瓦斯抽采下沿空留巷采空区自燃危险区域判定

由于沿空留巷工作面采空区漏风严重且对具有自然发火的煤层影响较大,所以研究沿空留巷采空区自燃危险区域具有重要意义。针对沿空留巷侧采空区瓦斯抽采及充填墙裂隙演化诱导漏风及自燃问题,以沙曲矿沿空留巷综放面为研究对象,通过SF6漏风实测及束管观测研究,研究了工作面及沿空留巷侧采空区漏风规律及氧气体积分数分布特征,并对采空区不同倾向范围内自燃氧化"三带"的分布区间进行了识别及划分,进而在理论及实测分析的基础上,结合工作面推进速度及煤层自然发火期发现在沿空留巷侧采空区倾向方向5~30 m存在自燃危险区,若改变工作面开采条件,其他非自燃区域可能转变为自燃危险区。     

易自燃特厚煤层综放面防(灭)火技术探析

义马煤业集团耿村煤矿13210综放面煤层厚度大,自然发火期短,开采期间井下多次发现浓烟,有时伴有明火.耿村煤矿冲击地压较大,使得顶板处煤体较为破碎,且使采空区漏风裂隙发育,漏风严重.13210综放面面临严峻的安全挑战.为避免综放面发火,实施了采空区注浆、注凝胶、上下隅角密闭封堵、进回风巷超前施工防火钻孔注浆防火、注水防火、下隅角埋管注氮、束管监测及温度检测系统等综合防(灭)火措施,有效遏制了采空区自然发火,改善了井下安全生产环境.     

高抽巷抽采对采空区漏风规律的影响研究

掌握高抽巷抽采对采空区漏风规律的影响,可为控制采空区漏风量和选取降低采空区遗煤自燃危险性的方法提供指导。利用Fluent软件对有、无高抽巷抽采瓦斯两种情况下的采空区漏风量和采空区内风速分布进行了数值模拟研究。结果表明:没有高抽巷抽采瓦斯时,沿工作面长度方向,由工作面进风端头到接近工作面中部范围内漏风风流由工作面流向采空区;有高抽巷抽采瓦斯时,沿工作面长度方向,几乎全程范围内漏风风流由工作面流向采空区,且有高抽巷抽采瓦斯时漏入采空区的总风量比没有高抽巷抽采时增加了54.7%。     

工作面倾向风量分布与漏风特征测试分析

为掌握工作面采空区的漏风特征及制定堵漏措施,制定了测试方案:以单元法和示踪气体相结合的测试手段,测试分析工作面倾斜方向的压能分布与风量变化;进而通过数据分析,掌握工作面压差与漏风规律,明确了采空区漏风地点和绝对漏风量,为煤矿工作面通风管理和采空区自燃火灾防治提供了技术支撑和保障。     

综采面邻空煤柱漏风微循环现象研究

针对综采面"采场-邻空煤柱-采空区"间的漏风微循环现象,利用MATLAB中的PDE工具进行二维非线性渗流的数值模拟,同时分析研究漏风微循环现象形成的原因,以及漏风微循环对煤炭自燃的影响。研究表明,"采场-邻空煤柱-采空区"间的漏风微循环可以导致采空区内相对压力和气体成分的周期性变化,即"采空区喘息"现象。     

易燃煤层隅角封堵效应研究

由于高瓦斯易自燃煤层采用U+I型通风,上下隅角极易向采空区形成大量漏风,从而诱发采空区浮煤发生自燃.通过数值模拟与现场实测,利用自燃氧化带区域的分布情况作为量化指标,表征上下隅角封堵措施对采空区浮煤自燃的影响效应.首先,利用FLUENT模拟隅角封堵前后采空区的立体瓦斯场、氧气场以及速度场分布,并以风速与氧气体积分数双指标划分采空区的自燃氧化带区域;其次,利用SF6示踪气体实测隅角封堵前后工作面的漏风量及漏风特征;最后,埋点实测封堵前后采空区的氧化环境,对比模拟结果,从而验证封堵措施的有效性,为矿井瓦斯抽采与煤自燃防治提供技术参考.     

挂帮矿开采对露天矿边坡稳定性的影响

为了避免挂帮矿开采过程中露天矿最终边坡失稳现象的发生,以一个大型铁矿区的露天矿为研究背景,构建了露天矿挂帮矿开采边坡稳定性数值计算模型.通过数值计算分析,得出受挂帮矿开采扰动影响,露天矿边坡从采空区所在台阶依次向上发生滑移现象,最大水平移动区域位于挂帮矿开采采空区的上一台阶,逐步向边坡内部和上部台阶减缓,总体移动趋势是由边坡上部台阶和内部向露天矿边坡移动;采空区上部台阶位移规律相似,即随着开采的进行,采空区上部台阶由下至上依次发生位移;受开采扰动影响,采空区顶部形成了不同方向的应力集中现象,这可能会使得边坡内部的覆岩向露天矿采场发生滑移,从而影响边坡的稳定性.     

采空区自燃“三带”分布规律的四维动态模拟

从空间和时间四维角度出发,提出了一种可实现动态回采过程模拟的"定网格、动属性"的非稳态模拟方法,利用优化改进了的采空区孔隙率、渗透率动态分布数学模型,通过计算流体动力学(CFD)法模拟了某综放工作面推进过程中采空区氧气浓度的变化规律,得到了不同推进阶段采空区氧浓度的分布规律.结果表明:采空区氧浓度分布受"O"型圈影响显著,"氧化带"分布范围随工作面推进分为两个阶段:一是工作面回采初期,采空区内进风侧-开切眼-回风侧一线漏风明显,随工作面推进,漏风范围逐渐增大;二是工作面回采中后期,主要漏风区域集中在进回风两侧及近工作面一带,氧化带分布相对工作面位置趋于稳定,大致呈非对称的"U"型分布.     

易自燃煤层特殊条件下综放开采工作面防火技术研究

分析了耿村矿１３０１工作面易自燃煤层特殊条件下综放开采工作面自然发火的危险性;探讨了因采空区漏风而引起的工作面自然发火的防治措施．经现场实施研究表明,均压通风、低风量供风、加快工作面推进速度的综合防火技术,成功地防止了自然发火,保证了综放开采工作面的安全生产．     

瓦斯抽采对采空区浮煤自燃影响及防治措施

针对立体瓦斯抽采对采空区自燃带分布及浮煤自燃的影响,以采空区风流速度的变化为切入点,以义马集团U+Ⅰ型通风系统为背景,研究在立体瓦斯抽采系统中由于漏风而造成采空区"三带"分布变化及对浮煤自燃的影响.结果表明,瓦斯抽采及采空区浮煤自热产生的"内生火风压"加剧了采空区的漏风,使自燃带的划分范围更复杂,增加了采空区发火的危险性,最后提出了增阻漏风及同步注氮、注水、注浆的综合防灭火措施.