锚支巷道沿空延迟冒落采空区风流规律研究

锚杆锚索支护的回采巷道采后不及时冒落，形成特殊的沿空漏风边界的采空区流场．运用有限元数值模拟方法，结合铰法小青矿S2—705工作面现场实际，从理论上描绘了采空区漏风流动规律的改变特征。给出风流强度分布图解．研究认为，不冒落形成的沿空漏风边界是工作面向采空区的漏入、漏回的主流边界。漏风强度最高；贴近工作面边界的冒落非压实带存在平行渗流．这种流势导致了在下游回风侧的沿空巷道内形成瓦斯集聚，并提出了预先拆锚杆卸顶或局部通风机抽排放两种解决途径．图5，参5．     

放顶煤采空区瓦斯源强度与自燃的关联性

研究了采空区瓦斯涌出与遗留煤自燃之间的内在耦合关联问题。通过运用G3软件对采空区非线性渗流-多组分气体-温度场和非均匀耗氧的数值模型的求解,量化给出采空区不同瓦斯涌出强度下各变量分布状态。计算结果表明：采空区瓦斯源涌出与工作面风压形成压力平衡,决定着工作面与采空区之间的风流交换和瓦斯涌出,影响变化近似呈一一对应的线性关系。瓦斯涌出强度越大,采空区氧浓度分布空间大大缩小,采空区自燃氧化带宽度与瓦斯涌出近似呈衰减变化。从自燃升温过程模拟得到,高强度瓦斯涌出能够抑制采空区自燃升温,延长了采空区自然发火期。模拟结果符合现场实际情况。研究指出高瓦斯易自燃矿井采空区瓦斯治理应与自燃防治相结合综合考虑。     

基于SPSS的采煤工作面瓦斯涌出量预测模型研究

为了对矿井采煤工作面瓦斯涌出量进行有效预测,结合影响工作面瓦斯涌出量的各个因素,针对各因素间存在严重的多重共线性引起算法计算误差放大的问题,采用逐步回归算法进行优化。运用SPSS软件,综合多元主成分回归分析算法得出采煤工作面瓦斯涌出的主要影响因素,并建立PCR-SPA预测模型。将该模型的预测性能与多元线性回归预测、灰色关联度分析预测、BP神经网络预测结果进行对比分析。结果表明：该模型选取了三个主成分变量,有效地减少了计算量,具有较高的预测精度,可以对矿井工作面瓦斯涌出量进行有效预测。     

煤层注水湿润分布状态的数值模拟

用非饱和－饱和三维非稳定渗流数学模型描述煤层注水湿润的动态过程，用有限元数值解法求解。认为煤体注水湿润近似符合饱和模型，构造了湿润过程中煤体贮水系数，导水系数与湿润压力关系。其中参数的识别采用了最优化算法与现场注水试验结果进行反求拟事获得。用非饮     

采空区场域自燃CO向工作面涌出的数值模拟

针对采空区遗煤氧化产生的CO气体问题,建立了采空区自燃和CO释放与运移的数学模型.结合综放工作面实例,用有限元法求解得到了各量区域分布解,详细分析了采空区遗煤的自燃耗氧释放CO和CO绝对涌出量的一般规律.重点讨论了采空区瓦斯抽放、注氮等因素对CO的产生和涌出的量化影响;得到CO沿工作面回风边界涌出强度偏重于回风隅角,沿边界分布呈急剧衰减变化;指出控制遗煤自燃和控制CO生成两者一般是非同步的;单一的治理措施不能完全控制CO的生成,必须采取多手段综合防治.     

Y形通风采空区注氮防灭火的数值模拟

基于非均质漏风渗流方程、气体（瓦斯、氧、CO）渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了开采区注氮采空区自燃防灭火非定常数值模型.用迎风格式有限元方法联立求解,通过计算机程序（G3）对Y形通风采空区注氮问题进行了数值模拟.描绘了Y形通风注氮采空区的漏风流态和瓦斯、氧、CO等气体浓度以及温度的分布状态及其变化过程;以图形方式给出了各量的区域分布解,分析了Y形通风采空区在注氮条件下特有的规律;给出了注氮与工作面推进的合理配比关系.在进风侧向采空区注氮,对于防止Y形通风采空区自燃效果明显.     

基于“O”型冒落及耗氧非均匀采空区自燃分布特征

从采空区自燃温度场计算角度,研究了基于“O”型冒落压实及耗氧非均匀性采空区自燃分布特征。建立了采空区非线性渗流-多组分气体-温度场和非均匀耗氧的数值模型,该模型考虑了矿井通风和工作面推进的动态变化;给出一种按“O”型圈压实分布来描述顶板岩层冒落的模型表达式;考虑到灌浆、灌注水、喷洒阻化剂和局部风流变化等导致采空区耗氧非均匀性,构造了阻化后耗氧非均匀0-1随机变化模型;模拟结果中表明（显示）,尽管区域耗氧存在波动,阻化后的采空区整体耗氧能力在下降,表征温度有所降低,CO分布区域大大缩小,模拟结果符合现场实际情况。研究指出采空区耗氧非均匀性模型,能够解释实际采空区自燃升温的突变性和因素多变性的影响过程,成果对于工作面后方采空区遗留煤的防灭火工作起到了辅助指导作用。     

自燃采空区耗氧-升温的区域分布特征

联立求解采空区非线性渗流、多组分气体弥散和温度场,用表征温度(数值解）表达自燃程度和氧化区域分布特征,同时考虑垮落层位上氧化的非均匀性、工作面推进度和动态边界等各影响因素.在考虑升温情况下,采空区自燃“三带”划分方法与表征温度场方法具有一致性,温度场方法表达更具体.计算得到,虽然主自燃危险区处在上游进风侧,但因垮落层位的耗氧差异,在回风边界处(上、下双层流汇流）也可能形成局部高氧浓度区.在“定向漏风供氧-煤耗氧-工作面推进”三者综合作用下,激烈氧化升温带位于高温区的前沿,形成趋于平衡的升温分布区;最高升温点处在氧浓度分布低值区.随着高温区的强烈耗氧和工作面推进移动,高氧区与高温区的分离趋势加大.     

晓南矿上下行通风采空区自燃危险性比较分析

为了比较工作面上行通风与下行通风对采空区自燃危险性的影响,结合晓南矿W2722工作面的具体工程背景,采用煤样封闭耗氧试验,得到晓南矿煤样耗氧速度与环境氧浓度呈线性关系;运用CFD仿真技术模拟采空区流场,得到工作面漏风情况,以及采空区氧浓度场和温度场。当仅考虑瓦斯涌出情况时,下行通风工作面采空区受到瓦斯上浮作用的影响,抑制了工作面向采空区漏风,漏风率为3.68%,反之,上行通风工作面瓦斯上浮加速了工作面漏风率,漏风率为7.35%;模拟加入能量源项的采空区流场,得到下行通风工作面漏风率进一步降低至2.94%,相比上行通风的仿真计算,工作面漏风率高达8.09%。结果表明,高瓦斯易自燃采空区采取上行通风会促进自燃危险的发生,因此在实际生产中,采取下行通风的方法,可以抑制自然发火的危险。