回采工作面上隅角瓦斯拖管抽采技术参数研究

针对传统埋管抽放上隅角瓦斯技术中抽放点在空间位置不连续抽放效果差、管材浪费严重抽放成本高等重大缺陷,提出了上隅角瓦斯拖管抽采技术,可使抽放点匹配工作面推进速度,实现了采空区瓦斯抽放最佳效果的连续性,并且能回收管材降低抽放成本。采空区瓦斯抽放最佳位置的选择即抽放参数的确定是成功实现上隅角瓦斯拖管抽放的关键。利用Brinkman方程、菲克扩散定律和瓦斯扩散平移方程来描述瓦斯的流动扩散行为,建立工作面瓦斯流动多物理场耦合模型,并利用Fluent对模型进行求解,从而确定拖管抽放最佳布置参数,并对其进行实际应用和效果测试。结果表明:数值模拟和现场测试结果基本一致,最终确定了最佳抽放点位置为距离底板2.4 m、沿倾斜方向距离回风巷道1.57 m、沿走向深入采空区17.4 m处;应用期间杜绝了上隅角瓦斯超限,上隅角瓦斯拖管抽采技术具有较好的适用性和可行性。     

回采工作面采空区埋管抽采瓦斯模拟研究

根据采空区瓦斯分布及流动规律理论建立瓦斯流动数学模型,模拟研究采空区不同位置瓦斯浓度分布情况,调整风量、埋管深度和埋管高度等参数模拟分析。结果表明:改变风量对于上隅角瓦斯浓度变化影响不显著,得出不同埋管长度和埋管高度与上隅角瓦斯浓度的函数关系。     

高瓦斯工作面采空区拖管抽采技术应用研究

为解决荆宝煤矿采空区埋管抽采技术效率低、经济效益差等问题,以3206综放面的采场条件为基础,基于采空区三区划分建立理论模型分析了涌出区抽采的必要性。通过Fluent数值模拟和现场工程试验对上隅角拖管抽采对采空区瓦斯影响及托管布设参数的合理性进行研究。结果表明:随拖管埋入采空区抽采,采空区涌入工作面瓦斯降低;当上隅角拖管距离巷道顶板0.2 m,距离回风巷外帮0.6 m,进入采空区深度为15 m时,采空区瓦斯抽采效果最好,能有效解决上隅角瓦斯超限问题,具有较强的实用性。     

考虑流固耦合的立井揭煤瓦斯抽采模拟研究

瓦斯抽采对于立井揭煤具有重要的作用,传统的瓦斯抽采设计常依据经验或仅靠瓦斯在煤层中流动服从达西定律和质量守恒定律来判断和设计瓦斯抽采工程,没有考虑瓦斯的吸附作用和应力对煤层瓦斯流动的影响。在考虑流固耦合和瓦斯吸附作用的基础上建立了瓦斯流动方程,同时对不同煤层围岩应力下瓦斯流动情况作了分析,指出了围岩应力大小对瓦斯抽采具有重要的影响,围岩压力增大会导致瓦斯难抽出,残余瓦斯压力大;围岩压力越大,煤层渗透率越低。     

基于流固耦合的瓦斯抽采半径数值模拟研究

快速准确考察钻孔有效抽采半径一直是煤矿瓦斯高效防治的难题之一,常规数值模拟方法因未贴合真实抽采状态,模拟结果往往存在较大偏差.本研究基于瓦斯吸附、解吸特性和可压缩性,重点分析抽采时煤体的有效应力与孔隙率、渗透性的关系,对瓦斯流动综合偏微分方程进行修正,建立了流固耦合的偏微分控制方程组,随后借助COMSOL Multip...     

上隅角错距式双埋管瓦斯抽采技术参数研究

为解决采空区埋管抽采瓦斯技术因抽采管口位置改变造成抽采效果不佳的问题,以万峰煤矿1201综采工作面为研究对象,基于采空区瓦斯运移理论,分析了采空区瓦斯涌出规律,提出了上隅角错距式双埋管瓦斯抽采技术。利用COMSOL软件数值模拟得到了不同错距抽采条件下上隅角瓦斯体积分数,并通过正交实验分析确定了错距式双埋管抽采采空区瓦斯最有效位置为距底板高1.0m、1.5m,深入采空区10.0m、20.0m处。工程应用表明,错距式双埋管瓦斯抽采技术治理上隅角瓦斯超限效果显著,可为类似开采条件提供参考价值。     

晋平煤业1072工作面采空区瓦斯拖管抽采研究

晋平煤业1072工作面上隅角瓦斯存在超限风险,其中工作面采空区瓦斯涌出量约占工作面瓦斯涌出量的62%,因而采空区瓦斯抽采是治理上隅角瓦斯最有效直接的方法。针对上隅角瓦斯抽采,提出了在1072工作面采空区采用拖管抽采瓦斯方法,设计了拖管抽采管路布置参数。现场抽采效果表明,拖管抽采方法能有效降低上隅角瓦斯浓度,保证工作面安全生产。     

上隅角定向拖管技术在瓦斯抽采中的应用

为提升高瓦斯矿井高强度开采工作面上隅角瓦斯治理效果,开发了上隅角定向拖管技术。采用理论分析的方法,分析了单U型通风方式条件下上隅角瓦斯积聚机理,对传统式埋管抽放技术进行了改革,将上隅角埋管静态抽采模式变为拖管抽采动态抽采模式,在左权鑫顺煤矿15101工作面进行工程试验。结果表明:上隅角拖管定向抽采技术能够实现抽放口定向动态调整;最佳抽放点位置为距离底板2.4 m(垂距)、沿倾斜方向距离回风巷道1.57 m(横距)、沿走向深入采空区17.4 m处(纵距);另外,左权鑫顺煤矿15101工作面上隅角瓦斯浓度由工程试验前的0.72%降低到试验后的0.57%,取得了较理想的上隅角瓦斯治理效果。     

基于COMSOL Multiphysics的超长钻孔瓦斯抽采数值模拟研究

利用COMSOL Multiphysics对马兰矿南5采区9#煤层采用的千米钻孔煤层预抽瓦斯来掩护集中回风巷掘进的工程,进行瓦斯抽采钻孔深度不同、抽采负压不同、抽采时间不同条件下瓦斯压力分布规律和抽采瓦斯总量的数值模拟研究。得出结论:瓦斯抽采初期,瓦斯抽采重点区域在径向距离较小以及钻孔较浅区域,随着抽采时间的增加,瓦斯抽采重点区域向径向距离较大以及钻孔深处转移;钻孔深度越大,瓦斯抽采难度越大,适当提高瓦斯抽采负压能够有效提高钻孔深处瓦斯抽采效率;抽采负压为13 k Pa,钻孔总深度为600 m时,抽采瓦斯有效时间为500 d左右;抽采负压为13 k Pa,钻孔总深度为700 m时,抽采瓦斯有效时间为600 d左右。     

基于CFD采空区瓦斯埋管抽采技术数值模拟研究

在高瓦斯厚煤层的开采过程中,瓦斯危害已经影响到煤矿正常生产,其中采空区瓦斯危害是目前煤矿灾害防治的重点之一。以山西晋城寺河矿综采工作面的采空区为研究对象,在分析了寺河煤矿瓦斯抽采现状、工作面瓦斯涌出规律、采空区瓦斯涌出在工作面瓦斯涌出的占有比例、以及采空区埋管抽采瓦斯方法和抽采参数后,构建了该矿采空区瓦斯抽采数值模型,通过分析对比瓦斯运移分布规律模拟结果,得出了寺河煤矿采空区瓦斯埋管抽采技术参数,对提高寺河煤矿采空区瓦斯抽采效率有一定的指导意义。     

气—水两相流耦合模型及瓦斯抽采模拟研究

针对目前进行瓦斯抽采模拟时大多忽略煤层含水的问题,建立了考虑气—水两相流的瓦斯抽采流固耦合模型。在瓦斯单相作用的基础上,考虑煤层水渗流及孔隙水压力所产生的影响,推导出相应的应力场方程和渗流场方程,并建立渗透率动态演化模型作为耦合模型,据此分析瓦斯—水运移规律。研究结果表明：考虑气—水两相流,产气速率具有峰值点;若不考虑水的影响,则将高估瓦斯抽采量;距钻孔越远,水对瓦斯运移的抑制作用越明显,且抑制作用大于因煤体自身有效应力减小、渗透率增大所带来的促进作用;煤层初始渗透率对瓦斯抽采具有决定性作用;煤层温度越高,瓦斯压力越不易降低,由温度增高引起的瓦斯解吸效应大于煤层自身的吸附应变效应。     

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。     

基于LBM方法的瓦斯顺层抽放数值模拟分析

根据格子玻尔兹曼(LBM)计算技术以及相应渗流理论,对顺层抽放条件下,裂隙煤体内瓦斯流动这一渗流问题进行了数值模拟研究,并对瓦斯压力在空间上的分布规律进行了深入的研究。以流场内瓦斯压力分布及瓦斯平均压力作为评价抽放效率的依据。结果表明,瓦斯压力分布、抽放效率与抽放孔长度、抽放孔间距、抽放负压、抽放时间步长有关。而且,抽放孔长度、抽放孔间距对瓦斯压力的分布影响较大,这与已有的理论分析和实测的结果相吻合。在预抽工作面进行了工业试验,通过改变抽放负压,检验了实际的抽放效果。研究结果表明LBM方法可为抽放条件下瓦斯在煤层中的运移规律提供新的研究途径,对瓦斯抽放有较大的指导意义。     

基于多物理场耦合的瓦斯抽放半径确定方法

为了确定合理的瓦斯抽放半径,建立了考虑煤的流变特性、渗透率动态变化和吸附特征的渗流-应力耦合模型,对比分析了软硬煤层钻孔孔径变化规律,研究了抽放过程渗透率的动态演化规律,确定了软硬煤层的有效抽放半径,找出了瓦斯抽放半径的影响因素。研究结果表明：由于含瓦斯煤的流变特性,软硬煤层钻孔均会随时间发生缩孔现象,软煤层钻孔在短时间内就可能被堵塞,硬煤层钻孔直径虽有缩小但仍处于稳定状态,并不堵塞瓦斯抽放通道,在确定抽放半径时,应首先分析钻孔的孔径变化规律以确定有效抽放时间;瓦斯抽放过程煤的渗透率会随时间逐渐增大;煤体硬度、埋藏深度、初始瓦斯压力、初始渗透率和钻孔孔径等是影响瓦斯抽放半径的主要因素。     

基于瓦斯流态的抽放半径确定方法

根据雷诺数把瓦斯从煤层中产出的流态划分为4类：扩散、低速非线性渗流、线性渗流和高速非线性渗流.在线性渗流区可采用达西定律计算抽放半径;在低速非线性渗流区可根据储层压力和启动压力梯度确定抽放半径.采用该方法对安阳红岭煤矿抽放半径进行了计算,计算结果与现场实测结果一致.     

穿层钻孔抽放煤层瓦斯数值模拟研究

矿井瓦斯抽放是解决煤矿瓦斯问题、提高资源使用效益、确保煤矿安全生产的一种有效方法。为合理安排矿井抽掘采接替关系,确定穿层钻孔抽放参数,根据煤层瓦斯流动理论、质量守恒方程、真实气体状态方程、气体压缩系数方程,并以朗格缪尔方程作为吸附瓦斯解吸的数学规律,建立了穿层钻孔抽放煤层瓦斯数学模型,采用有限差分数值方法编制了计算程序,以全隐式格式确保计算过程的稳定性,根据实测煤层瓦斯参数进行了数值模拟计算,获得了穿层钻孔抽放条件下钻孔周围瓦斯压力分布情况以及钻孔有效抽放半径等抽放参数。分析表明,低透气性煤层抽放钻孔周围容易形成较高的瓦斯压力梯度,且在有限的抽放时间内有效抽放半径较小。数值模拟结果与现场实践基本一致。     

工作面瓦斯喷出对空间流场分布影响的数值仿真

以华泰矿实际情况为依据,在U型上行通风条件下,利用Fluent流体数值仿真软件,模拟了正常采掘过程中采煤工作面发生的瓦斯喷出过程,并研究了瓦斯喷出对巷道内风流以及瓦斯浓度分布的影响.可为矿井了解瓦斯喷出的影响、制定瓦斯喷出应急处理措施等提供理论依据.     

基于COMSOL Multiphysics模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究

为考察坪上煤业主采3号煤层的合理抽采钻孔间距,利用瓦斯在煤层中的运移和渗流规律,结合实测煤的参数条件,在相同的抽放负压、抽放时间等影响条件下,运用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了不同钻孔间距时所抽煤层在抽采时间为400 d时钻孔影响范围内煤体瓦斯含量变化规律,得出了满足抽采时间条件下的合理钻孔间距为5 m。结合矿井2305（上）回采面巷道内开展了不同钻孔间距实测,在相同的瓦斯地质参数及抽采系统条件下,连续抽采且观测时间达到400 d时各钻孔的瓦斯抽采纯量和钻孔浓度变化。确定了在抽采时间达到400 d时,抽采钻孔间距为5 m时的钻孔瓦斯浓度为35%、流量为0.04 m3/min,受抽采系统影响明显;而间距在6 m的钻孔的流量和浓度仍保持自然衰减特征。模拟和现场实测均验证了该矿瓦斯抽采钻孔间距布置以5 m最佳,该研究为实际生产过程中确定合理的钻孔间距提供理论依据,为矿井瓦斯抽采布局及瓦斯治理提供了技术保障。     

基于定向长钻孔抽采瓦斯的数值模拟研究

针对新疆榆树田煤矿定向长钻孔预抽煤层瓦斯问题,结合5号煤层及顶底板岩层参数,建立了5号煤层瓦斯流固耦合随动渗流模型,分析了在一定的抽采负压和抽采时间下,定向长钻孔长度及钻孔间距对煤层瓦斯抽采量的影响。在抽采负压不变的情况下,瓦斯抽采总量会随着钻孔长度的增大而增大,但当钻孔长度增大到650 m左右时,瓦斯抽采总量趋于稳定,定向长钻孔合理长度定为650 m;钻孔间距越大,瓦斯抽采量越少,在钻孔间距从5 m增加到20 m的过程中,间距每增大5 m,抽采量约减少5%～7%。     

基于采空区悬管引流装置的工作面上隅角瓦斯治理研究

为了有效治理工作面上隅角瓦斯超限,结合现场实际情况,运用Fluent数值模拟软件,研究采空区悬管引流装置解决\