基于UDEC的保护层开采中覆岩移动规律的数值模拟与分析

本文利用UDEC3.0软件对近距离上保护层开采导致的覆岩移动及裂隙发育过程进行数值模拟。真实地反映了在开采保护层过程中覆岩移动及裂隙发育规律。利用UDEC3.0软件模拟煤层开采引起的覆层移动过程可以预知实际开采中瓦斯运移通道的动态分布,对防止瓦斯突出具有重要的指导意义。     

割缝排放低透气性煤层瓦斯过程的数值试验

运用岩石破裂分析系统(RFPA2D-Flow)模拟了割缝排放低透气性煤层内瓦斯的过程,验证了割缝排放煤层内瓦斯是降低低透气性煤层煤与瓦斯突出危险的有效方式。同时,数值试验对难以准确监测的煤层内瓦斯压力和瓦斯渗流场的变化规律进行了较好的模拟,为进一步理解瓦斯排放、煤与瓦斯突出机理等提供理论基础和科学依据。     

受限空间内爆燃波瞬态流速与超压的耦合关系

为了奠定不同强度爆炸波扬尘能力的评估基础,采用数值模拟的方法研究了开口型和闭口型系统内爆炸波前瞬态流速与爆炸超压的定量耦合关系.研究结果表明,煤矿开口型系统的爆炸波和波前流速从波形上分为3个阶段,瞬态流速和爆炸超压的关系可以用两个拟合度非常好的线性函数表达,在初始阶段呈线性反比关系,随着爆炸进一步发展,爆炸超压与流速都呈增大趋势,两者呈线性正比关系.闭口型系统内的爆炸波形呈明显的振荡特征,对于爆燃波,振荡波有两道,即前驱冲击波的振荡和热压缩波的振荡.由于爆炸波的振荡叠加,使其超压和流速较开口型系统内的高.爆炸流速的预测,可以采用首次峰值和超压的关系进行预测.     

引进算法的分源预测法在安全高效矿井中的应用

以李店矿区的安全高效工作面为研究对象,在现场调研和实测的基础上,通过采用引进算法的分源法,确定了矿井北部和南部的瓦斯涌出量,为矿井通风设计、瓦斯抽采等提供了理论基础数据.同时根据安全高效工作面瓦斯涌出特点,引进煤运至地表时残存瓦斯含量损失率这一系数,进一步完善和发展了分源预测法,提高了预测精度.     

岩体地应力数值分析计算

通过对青海格尔木锡铁山二矿区进行取样试验和对矿区及其周围区域地质构造的研究,利用ABAQUS软件,采用三维有限元分析法对矿区地应力场进行反演模拟,定性和定量地分析该矿区的地应力状态,包括其大小、方向及其分布规律,得出该矿区2822水平最大主应力值为8.35～12.80 MPa,方向平均为NW和NE向,最小水平主应力值为4.02～6.15 MPa,水平主应力与垂直主应力比值在1.24～2.46之间。同时对下一阶段的工作提出了合理、有效的建议。     

钻孔密封材料的微观特性及其对密封性能的影响

研究了钻孔密封材料聚氨酯和膨胀水泥冻复合材料(PD复合材料)的微观特性,并考察了其对钻孔密封性能的影响作用.实验模拟了煤矿井下钻孔封孔过程,利用FEIQuantaTM250环境扫描电子显微镜对聚氨酯、PD复合材料本身,以及两者与煤壁的结合、渗透和发展进行微观对比和分析.PD复合材料的渗透系数约为聚氨酯瓦斯渗透性系数的1/48.聚氨酯为蜂窝网状结构,内部孔隙较大,与孔壁结合处存在空白区域;PD复合材料结构严实,内部孔隙极小,在孔壁处与煤体结合密实.PD复合材料比聚氨酯更容易克服钻孔周围裂隙区内瓦斯压力、水锁效应等各种阻力的作用,在钻孔周围裂隙内逐渐渗透,且其自身可以继续在钻孔周围残余裂隙和孔洞内发展.      

水汽对多孔介质中低浓度瓦斯燃烧特性的影响

为研究含水汽低浓度瓦斯气体在多孔介质燃烧器中的燃烧特性,采用计算流体力学方法对其进行数值分析,研究了瓦斯含不同水汽量燃烧时燃烧器中温度分布规律和污染物排放情况.随着瓦斯中水汽含量的增大,燃烧器轴向温度及燃烧热效率下降.由温度二维等值线图可以直观看到不同工况下燃烧器中各个地点的温度分布,为燃烧器设计提供指导.在确保一定热效率时,适当增加水汽含量,可降低燃烧器中NO_x排放量,不但可以保护环境,而且有助于CO转化为CO₂以控制有毒气体排放量.      

射流辅助钻进技术研究及应用

钻孔预抽是目前抽采煤层瓦斯的主要方式,钻孔深度是影响煤层瓦斯抽采效果的重要因素。普通钻进过程中钻具前方会形成高围压区,限制了钻孔的深度。提出了1种新的射流辅助钻进理念,通过射流超前切割来消除钻具前方的围压,降低钻进难度,提高钻进深度。在上述基础上,研究了围压对煤体力学性质的影响,分析了射流辅助钻进过程中的破围压理论,并开发了新式射流钻头,同时进行了现场工业性应用。研究表明,高围压会显著提高煤体的极限破坏强度,增加钻进难度;利用射流能够有效的破除围压区,降低钻进阻力;射流钻孔深度明显高于普通钻孔,平均深度提高了25%,有利于瓦斯抽采。     

穿层钻孔水力化卸压增透技术

低透气性煤层瓦斯抽采是我国矿井瓦斯治理的瓶颈所在。近年来水力射流技术在矿井石门揭煤、底板巷消除地应力方面有了很大的发展,因此,开展水力射流技术在本煤层强化瓦斯抽采方面的研究具有重要意义。采用水力射流扩大钻孔的直接影响范围,通过对扰动煤体的体积、表面积、单孔瓦斯抽采量、钻孔影响半径的考察,对比分析了水力射流技术和钻孔抽采技术的数据,得出钻孔直径增大11.7～19.2倍,扰动煤体体积提高3 471～6 971倍;钻孔瓦斯衰减周期延长了7～10倍;单孔抽采效果提高6～8倍。     

受限空间内爆炸波的波形演化特征分析

为了分析研究瓦斯爆炸波在巷道内传播过程中的演化特征,运用AutoReaGas软件模拟了爆炸波沿开口平直巷道的传播演变规律。研究结果表明:爆炸波从波形上看大致分为前驱冲击波、热压缩波及稀疏波;在爆炸初期爆炸波以接近声速的速度稳定传播;爆炸超压峰值整体呈现出先减小后增大的趋势。根据分析结果,在超压较大的区域应加强相应的预防措施,以减少瓦斯爆炸带来的损失。