下载文档原格式
特厚煤层综放开采采空区瓦斯运移数值模拟
郭世杰;夏彬伟
【期刊名称】《中国科技信息》
【年(卷),期】2016(0)8
【摘要】针对大同矿区特厚煤层综放开采过程中瓦斯异常涌出的问题,本文以大同某矿工作面为研究对象,结合"O"型圈理论分析了采动裂隙场形态,对采空区进行了细致的块状划分并建立了U型+走向高抽巷通风方式的采空区几何模型,运用FLUENT数值模拟软件计算分析了采空区瓦斯分布状态,研究表明采空区大量的泄压瓦斯汇集到回风巷侧裂隙圈后进入高抽巷,对回风巷及上隅角瓦斯起到良好的控制作用,采空区瓦斯在采空区深部300m范围内达到最大,对采空区瓦斯后期治理起到指导作用。
【总页数】4页(P30-33)
【作者】郭世杰;夏彬伟
【作者单位】重庆大学;重庆大学
【正文语种】中文
【相关文献】
1.特厚煤层综放开采采空区侧向支承压力演化全过程实测研究 [J], 张震;王传华;王东攀;黄志增;庞立宁
2.提高高韧性特厚煤层综放开采采出率措施 [J], 王怀华;刘全明;刘忠明;王金平
3.易燃厚煤层综采、综放开采采空区自然发火原因分析及对策 [J], 吕子清
4.特厚煤层综放开采采空区侧向矿压特征及应用 [J], 成云海;姜福兴;庞继禄
5.综放开采采空区瓦斯运移规律的模拟试验研究 [J], 秦跃平;朱建芳;陈永权;谭昆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究的开题报告
一、研究背景及意义
煤矿采矿过程中，由于地质构造、煤体构造、采矿工艺等原因，难免会产生瓦斯，如果不能及时有效地排放，就会产生矿井瓦斯事故。
因此，瓦斯治理对于安全生产至关重要。
而煤矿瓦斯治理的核心是通风系统，通风系统的设计和优化是保障矿井安全的必要条件。
Y型通风采空区是煤矿通风系统中常见的一种形式，研究其瓦斯流场规律，对于提高煤矿通风系统的运行效率和安全性具有重要意义。
二、研究目的
本文旨在通过数值模拟方法研究Y型通风采空区的瓦斯流场规律，探究其影响因素和优化策略，为煤矿通风系统的运行和瓦斯治理提供理论依据和技术支持。
三、研究内容
1.建立Y型通风采空区瓦斯流场数值模型；
2.探究Y型通风采空区瓦斯流场规律，分析其影响因素；
3.优化Y型通风采空区通风系统，提高通风效率和安全性；
4.分析Y型通风采空区瓦斯爆炸危险性，提出瓦斯治理建议。
四、研究方法
本文采用计算流体力学（CFD）数值模拟方法，利用Fluent等软件建立Y型通风采空区瓦斯流场模型，并进行数值计算分析。
根据数值模拟结果，结合现场实验数据和文献资料，分析影响因素和优化策略，提出瓦斯治理建议。
五、预期结果
通过数值模拟研究，预计可以得出以下结论：
1.Y型通风采空区的内部瓦斯流场规律及其影响因素；
2.Y型通风采空区通风系统的优化方案，提高通风效率和安全性；
3.Y型通风采空区中瓦斯爆炸的危险性分析及瓦斯治理建议。
六、研究意义
本研究可为煤矿通风系统的建设和瓦斯治理提供理论基础和实践支持，有助于提高煤矿采空区的安全性和运行效率，对于促进我国煤炭行业的健康可持续发展具有重要意义。
煤矿采空区瓦斯渗流规律及其数值模拟研究煤矿采空区上覆岩层结构和移动规律分析综放工艺在开采高含量瓦斯厚煤层的推广应用中之所以遇到困难，往往是由于综放面上隅角瓦斯易超限，从而被迫断电撤人、中断生产所导致的。
上隅角瓦斯的主要来源一是工作面煤壁释放出的瓦斯，二是采煤工作面新采落下来的煤炭中散发出来的瓦斯，三是从采空区涌出的瓦斯，其中采空区涌出瓦斯是主要的来源。
由于采动影响在采动断裂带形成的破断裂隙和离层裂隙，采动裂隙网络与采空区相连通形成采动断裂带，由于瓦斯的升浮、扩散和渗透作用，在采动断裂带形成瓦斯富集区，这是瓦斯抽采的重点区域。
因此，要研究采空区内瓦斯的渗流规律，有必要先研究采空区岩体的垮落特征，按照采场覆岩横向采动特征，将采空区按照自然堆积区、载荷影响区和压实稳定区在横向进行划分，弄清各区碎胀系数、空隙率的分布特点；研究采空区上覆岩层采动断裂带的高度、碎胀系数及空隙率等特征，以便较全面地分析和研究采空区内空气—瓦斯混合气体在冒落带和采动断裂带内的渗流规律。
采空区瓦斯流场数学模型研究煤矿采空区内的瓦斯流动情况，建立起瓦斯流场的数学模型，对于认识采空区内瓦斯的真实流动状况以及对于进行数值模拟都有重要的基础意义。
垮落带之上的采动断裂带，在存在破断裂隙和离层裂隙相互贯通的同时，煤岩体内的裂隙还会与综放采场和采空区连通。
研究瓦斯在采动断裂带内的渗流、升浮和扩散原理，可以为解释采动断裂带是瓦斯聚集带，为其内布置钻孔抽采、巷道排放等瓦斯治理技术提供科学依据。
求解方法的选择FLUENT提供三种不同的解格式：分离解；隐式耦合解；显式耦合解。
三种解法都可以在很大流动范围内提供准确的结果，但是它们也各有优缺点。
分离解和耦合解方法的区别在于，连续性方程、动量方程、能量方程以及组分方程的解的步骤不同，分离解是按顺序解，耦合解是同时解。
两种解法都是最后解附加的标量方程（比如：湍流或辐射）。
隐式解法和显式解法的区别在于线化耦合方程的方式不同。
论文题目：采空区瓦斯运移规律数值模拟专业：应用数学硕士生：李书兵（签名）_____________ 指导教师：曹根牛（签名）_____________摘要长期的生产实践证明，矿井瓦斯运移规律预测是瓦斯防治不可缺少的重要技术环节。
矿井瓦斯是煤矿生产过程中主要的不安全因素，瓦斯灾害是威胁我国煤矿安全生产的最主要灾害，所以加强对瓦斯灾害的治理是保障矿井安全、高效生产的必要前提，瓦斯的运移、分布规律对矿井的设计、建设和开采都有重要影响。
随着开采深度和产量的增加，瓦斯潜在的影响更加显著，其模拟结果的正确与否，将直接影响矿井的技术经济指标。
为此，提出了研究矿井“采空区瓦斯运移规律的数值模拟”研究课题。
本文通过对陈家山矿416工作面采空区的长期实验观测，得到了采空区瓦斯分布的数据，首先分析了该采空区瓦斯主要来源于邻近层涌入的瓦斯和本煤层开采涌出的瓦斯，并对影响采空区瓦斯运移的因素进行层次分析法分析，得出漏入采空区的氧气是影响采空区中瓦斯运移最重要的因素，其次运用数学中的迭代方法对采空区中的非线性渗流方程进行改进，划分出该采空区中不同的流态区域，最后在总结目前采空区瓦斯运移特点、运移规律预测及数值模拟的研究的基础上，建立采空区与巷道风流流动场方程的数学模型，运用FLUENT软件进行数值模拟，以图形的方式展示了采空区瓦斯的分布规律，为采空区瓦斯治理及工作面瓦斯治理提供了可靠的理论依据。
关键词：采空区；瓦斯；层次分析法；迭代；数值模拟研究类型：应用研究Subject ：Numerical Simulation of Gas Migration Rule in Goaf Specialty ：Applied MathematicsName ：Li Shubing (Signature) ______________ Instructor ：Cao Genniu (Signature) ______________ABSTRACTThe long-term production proved that the prediction of migration rule of gas in mine prediction is an important and indispensable technology for mine's prevention and control link. mine gas is the main factors of insecurity in the process of coal production, Gas disaster is the major disaster of threat to China's mine safety production.so it is a necessary prerequisite to strengthen the governance of gas disaster for protecting the mine safety and efficient production and it is a significant impact to gas transport and distribution for mine design, construction and mining. With the increase in mining depth and production,gas potential impact will have more significant and the simulation results of the right or wrong, it will directly affect the technical and economic indicators of mine.Toward this end,we made a study of “Numerical Simulation of Gas Migration Rule in Goaf”.This article have goaf gas distribution data through the long-term experimental observations in the Chenjiashan Mine Goaf 416 face.First of all we analysis the gob gas mainly from the adjacent layer of the influx of gas and the coal seam gas emission and use AHP to analysis the factors affecting goaf gas migration，and found oxygen gas in goaf is the most important factor to affect the gas transport Second, we use the iterative method in mathematics to improve the nonlinear flow equations in goaf and carved out the different flow pattern of regional.Finally,we establish Merry mathematical model of flow field equations in the goaf and the roadway based on the study of summarizing the current characteristics of goaf gas migration, migration laws of prediction and numerical simulation. This article use FLUENT software for numerical simulation in order to display goaf gas flow distribution in graphical. Provides a reliable theoretical basis for gas governance and management.Keywords:Goaf Gas Analytic Hierarchy Process Iteration Numerical Simulation Thesis : Application Research1 绪论1.1 选题背景煤炭是我国一次能源的主体，煤炭工业承载着经济发展、社会进步和民族振兴的历史重任，是现代工业的血液，同时煤矿安全工作是全国工业安全工作的重中之重。
W型通风方式下采空区瓦斯运移规律数值模拟研究范红伟【摘要】针对高瓦斯矿井采用传统U型通风方式上隅角瓦斯浓度容易超限的问题,提出采用W型通风方式,应用FL U EN T软件对综采工作面W型通风方式下采空区瓦斯运移规律进行了数值模拟研究.结果表明:上下巷进风中间巷回风的W型通风方式可以有效的降低回风巷浓度,解决U型通风上隅角超限问题;同时确定了采空区高浓度瓦斯富集带,为有效提高瓦斯抽采率提供依据;相比较于上两条巷进风下面巷回风和下两条巷进风上面巷回风的W型通风方式,上下巷进风中间巷回风W型通风方式是W型中较好的形式.【期刊名称】《山西煤炭》【年(卷),期】2018(038)006【总页数】4页(P62-65)【关键词】W型;采空区;瓦斯运移;数值模拟【作者】范红伟【作者单位】山西煤炭职业技术学院 ,太原030031【正文语种】中文【中图分类】TD712我国大部分矿井综采工作面采用传统的U型通风方式,但是随着开采强度和开采深度的增加,瓦斯涌出量也随之增加,容易造成上隅角瓦斯浓度超限[1-4]。
因此，研究W型通风方式下采空区瓦斯运移规律具有重要的意义。
1 数学模型的建立1.1 假设条件为了深入分析,突出研究问题的重点,需要进行一些假设[5-8]。
1)采空区近似为各向同性,其渗透率不随时间变化。
2)采空区组分运输中气体近似为甲烷、氧气、水蒸气、二氧化碳和氮气的混合气体,气体之间不发生化学反应。
3)采空区气体的流动近似为不可压缩稳定渗流。
1.2 控制方程基于对上述采空区的基本假设,采空区内的气体遵循连续方程、动量方程、组分方程、能量方程,其通用形式如公式(1)所示[9]。
.(ρφu)=.(Γgradφ)+S.(1)式中:Γ为广义扩散系数;φ为通用变量;S为瓦斯源项;ρ为气体密度,kg/m3;t为时间,s;u为平均流速向量的分量,m/s。
2 物理模型的建立2.1 建模及网格划分根据采空区破碎岩体的垮落特征,确定采空区瓦斯运移范围,采空区走向长度360 m,其中裂隙带20 m、冒落带18 m。
采空区瓦斯流动规律及抽放方法研究摘要：为了有效的降低回采工作面采空区的瓦斯涌出及上隅角瓦斯浓度，对采空区顶板裂隙变化及瓦斯流动规律进行了较为深入的理论分析，并根据上述理论提出了“分源抽放”的综合治理方法。
经过在**煤矿12081工作面试验应用，取得了良好的效果，上隅角瓦斯浓度由原来的0.6%左右下降到0.4%，瓦斯浓度降低了33.3%，高位钻场单孔瓦斯抽放浓度平均为34%，瓦斯流量为0.062m3/min，在一定程度上降低了采空区的瓦斯涌出量，保证了工作面的安全生产。
关键词：采空区；瓦斯；顶板；抽放在开采高瓦斯煤层，特别是开采厚煤层时，从邻近层、煤柱及采掘空间丢失的煤中向开采层采空区涌出大量瓦斯，尤其是近年来，随着工作面的不断推进，采空区面积的日益增大，采空区瓦斯涌出量占矿井瓦斯涌出总量的比例日益增大，一些矿井高达40%～60%[1]。
不仅如此，采空区瓦斯涌出量的不断增大使回采工作面上隅角瓦斯浓度急剧增加，很容易造成瓦斯超限，给矿井安全和瓦斯治理带来了极大的困难。
为了有效的降低采空区瓦斯涌出量及工作面上隅角瓦斯浓度，我们对采空区的顶板裂隙变化及瓦斯流动规律进行了较为深入的分析，并提出了有效的抽放方法。
1 采空区瓦斯流动规律分析1.1 采空区顶板裂隙分布规律国内外大量研究表明，煤层、围岩均属于孔隙－裂隙结构体，不同的煤层、岩层的孔隙、裂隙尺寸、结构形式以及发育程度差别很大。
其孔隙、裂隙的闭合程度对地应力的作用敏感，地应力增高时，其闭合程度增大，透气性降低；在地应力降低时，裂隙伸张，透气性增加。
一般情况下，煤层开采后采空区的顶板形成两类裂隙：一类是离层裂隙，是随岩层下沉在层与层之间出现的岩层裂隙；另一类为竖向破断裂隙，是随岩层下沉破断形成的穿层裂隙。
根据煤层顶板上覆岩层的运动特征，当上覆岩层下沉稳定后，可将上覆岩层采动裂隙划分为“竖三区”和“横三区”，即在采空区沿垂直方向由下往上分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，在相应的区域内形成了不同程度的竖向破坏裂隙；而沿工作面推进方向及在工作面的上下顺槽又分为煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区，并在相应的区域内形成离层裂隙。
基于采空区的瓦斯流动分布规律研究摘要：近年来,随着我国煤矿开采深度的增加、煤与瓦斯突出事故的增多,让我们更加重视对采空区瓦斯运移规律的研究。
回风隅角瓦斯超限现象在我国众多高瓦斯矿井中普遍存在,是影响矿井持续、稳定和安全生产的重要原因和事故隐患。
为了探讨上隅角瓦斯聚积的根本原因,根据渗流理论，对采空区顶板裂隙变化及瓦斯流动规律进行了理论分析和数值模拟,通过建立采空区瓦斯渗流和分布的数学模型,定出边界条件,对采空区瓦斯流动分布规律进行研究,为分析上隅角瓦斯浓度分布和预测上隅角瓦斯浓度提供了理论依据,对上隅角瓦斯的防治和煤与瓦斯突出预测具有实际意义。
关键词：采空区、瓦斯运移规律、上隅角、渗流理论、数值模拟0 引言煤炭行业是支撑我国国民经济发展的重要基础工业，经过几十年的发展，已经有了雄厚的基础。
据专家预测，在我国未来一次能源消费中，煤炭仍将占主导地位，即使到2050年，煤炭在我国一次能源消费结构中的比例也不会低于35%，届时，煤炭消费量仍将达到20多亿吨。
因此，煤炭在国民经济和社会发展中仍将占重要地位，煤炭工业仍将是21世纪我国能源工业的主力军。
在这个大的背景下，煤炭产量的不断提高已经成为不可逆转的大趋势，近年来综合机械化采煤设备得到了大力推广，高产高效矿井逐年增多，煤炭行业的整体形势有了很大的改观。
为保证国民经济和煤炭工业持续、稳定、健康发展，建设高产高效矿井，提高采掘机械化水平，是我国煤矿发展的必由之路。
随着煤炭科学技术的发展，高产高效矿井数量大大增加，部分矿井经过技术改造，通过进行综合机械化装备，矿井的年产量有了很大的提高。
由于综合机械化采煤开采强度比较大、生产集中、推进速度快，造成采空区涌出空间比较大，而上隅角瓦斯主要来源于采空区,并由经漏入采空区的微弱风流带入回采工作面。
在回采工作面与回风巷交界处形成高浓度瓦斯积聚的区域,即上隅角瓦斯积聚区。
所以通过对采空区瓦斯运移规律的研究，使得采空区瓦斯得到有效的治理，从而解决上隅角瓦斯超限等问题，以充分发挥综合机械化采煤的优势，实现真正意义上的高产高效。
工作面揭露空巷瓦斯流动规律数值模拟王瑞光【期刊名称】《《煤矿机电》》【年(卷),期】2019(040)005【总页数】3页(P81-83)【关键词】大采高综采; 揭露空巷; 数值模拟; 瓦斯运移扩散【作者】王瑞光【作者单位】吕梁市煤炭信息调度中心山西吕梁033000【正文语种】中文【中图分类】TD712+.510 引言高瓦斯矿井通过瓦斯治理研究与实践可知,生产的变更、回收边角煤的联络巷等，使得工作面内存在众多空巷，工作面回采中又不断地揭露空巷[1]。
尤其是空巷存在时间较长，空巷内会积聚较多瓦斯等气体，并向工作面扩散和运移，这瞬时大量瓦斯的扩散可能造成工作面瓦斯超限，甚至引起瓦斯爆炸事故[2]。
近年来国内外专家学者对工作面揭露空巷的矿压显现规律和顶板控制技术进行较多的研究[3]，而对揭露空巷的瓦斯运移规律分析较少，由于空巷瓦斯对工作面通风安全有极其重要影响，而现有研究不足使得工作面安全生产受严重威胁[4]。
因此，研究工作面揭露空巷瓦斯扩散和运移规律，对于控制工作面瓦斯超限等具有重要意义。
本文采用理论分析和数值模拟方法对工作面揭露空巷瓦斯运移规律研究，为工作面采取相应瓦斯防治措施提供依据。
1 揭露空巷瓦斯扩散规律研究山西晋华煤矿3101工作面主要回收3号煤，煤层埋深约230 m，工作面长120 m，推进长度400 m，矿井为瓦斯矿井，顺槽断面矩形尺寸为:3 500×2 500 mm。
距工作面开切眼50 m处有遗留密闭空巷，空巷与工作面推进方向垂直分布、距离回风顺槽20 m，空巷尺寸为2.5 m×2.5 m，初步估计空巷的中上部有瓦斯等气体积聚。
工作面采用U型通风，实测风速1.5 m/s。
采用Fluent软件建立工作面揭露空巷采场模型[2]，工作面揭露空巷采场模型如图1所示。
2 揭露空巷后采场风速随时间变化的分析通过模拟不同时间空巷、工作面风流速度、瓦斯浓度，得到图2风速随时间变化。
采空区自燃带和瓦斯分布规律的数值模拟刘佳佳;高建良;王丹【期刊名称】《黑龙江科技学院学报》【年(卷),期】2012(022)006【摘要】利用计算流体力学（CFD）软件Fluent对潞安集团某矿6206综采工作面采空区进行数值模拟,研究工作面采用Y型通风系统时采空区自燃带和瓦斯的分布规律。
结果表明：将6206综采工作面改造为Y型通风系统后,工作面和采空区的最低负压区在回风巷出口处,涌出的瓦斯涌入回风巷后排出,工作面向采空区的漏风量较大,散热带基本处于采空区整个区域内,自燃带范围较小;Y型通风方式可以有效防止采空区煤炭自燃,解决上隅角瓦斯积聚和回风巷瓦斯超限问题。
工作面的理论计算风速值与数值模拟风速值吻合,验证了数值模拟方法的可靠性。
%This paper introduces a numerical simulation of Lu'an Group,a 6206 mine fully mechanized mining working face goaf,by using the computational fluid dynamics(CFD) software Fluent and presents a study of the law governing the goaf spontaneous combustion zones and gas distribution,as occurs in the application of Y type ventilation system to working face.The results show the reconstruction of 6206 fully mechanized coal face into Y type ventilation system leads to the occurrence of minimum negative pressure zone of working face and goaf in the air return tunnel exit,resulting in emission gas influxing into return to be discharged and consequently greater air leakage from working face to goaf,thus allowing the whole area of goaf to be cooled,providing a smaller spontaneous combustion range.Ytype ventilation system affords an more effective prevention of the spontaneous combustion of coal in goaf,and a better solution to the gas accumulation in the upper corner and gas overrun in return airflow roadway.The theoretical calculation and numerical simulation of wind velocity data verify the reliability of numerical simulation.【总页数】5页(P562-566)【作者】刘佳佳;高建良;王丹【作者单位】黑龙江科技学院安全工程学院,哈尔滨150027;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454003 河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室,河南焦作454003;黑龙江科技学院安全工程学院,哈尔滨150027【正文语种】中文【中图分类】TD724【相关文献】1.高抽巷负压对采空区瓦斯涌出及自燃"三带"影响的数值模拟 [J], 屈昀;高锦彪;赵鹏翔;甘路军;常青2.采空区自燃“三带”分布规律及其数值模拟研究 [J], 王雷;杨胜强3.浅埋综放采空区自燃“三带”的分布规律的实测与数值模拟研究 [J], 海林鹏4.瓦斯抽放条件下采空区自燃三带分布规律的模拟研究 [J], 侯玉亭;曹升玲;董祥武5.不同风量和瓦斯条件下采空区自燃"三带"分布规律 [J], 郝宇; 逄锦伦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
