独头巷道内瓦斯运移规律数值模拟
煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究
煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究煤矿瓦斯爆炸事故一直是我国煤矿安全的“绊脚石”，为了避免这类事故的发生，煤矿瓦斯抽放掘进法成为了煤矿安全的重要手段之一。
该方法通过采取抽放设备，将瓦斯通道内的瓦斯抽出进行处理，起到了防止煤矿瓦斯爆炸的作用。
近年来，数值模拟技术在煤矿瓦斯抽放掘进法中的应用越来越广泛，本文将探讨煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究。
一、数值模拟的基础理论数值模拟是指将实际问题通过数学建模、计算机模拟的方法，得到与实际问题尽可能相近的数值解。
其中，数值模拟的基础理论包括：计算流体力学（CFD）、数值计算方法等。
CFD方法是指通过数值方法求解流体运动的物理方程，其基本原理是将流体分割为无数个小单元，在每个小单元内求解流体状态。
而数值计算方法包括基于有限元、有限差或者其他数值算法的方法，它们的基本原理是将物理问题离散化，通过数字计算得到问题的数值解。
这两个基础理论在数值模拟中是重要的支撑，也是煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究的基础。
二、模拟方法综述煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟方法主要包括多相流模拟、离散相模拟和耦合模拟等。
多相流模拟是指将流体和固体或多个流体进行数值模拟的方法，通过将瓦斯、颗粒和煤尘等不同相进行数值计算来分析瓦斯抽放的可行性。
而离散相模拟则是通过计算颗粒分布、运动轨迹等参数，来分析其对瓦斯抽放的影响，同时也可以描绘出煤尘分布的情况。
耦合模拟则是将多相流和离散相模拟相结合，综合考虑不同相对瓦斯抽放的影响，以达到更加精确的模拟效果。
三、模拟结果分析煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究在其内部排风系统的设计、瓦斯抽放量、抽放速度等方面起到了重要的作用。
通过数值模拟，可以得到模拟结果，并分析出其对实际工程中的瓦斯抽放的影响。
同时，模拟结果还可以用于模型优化、方案比较、风险分析等方面。
瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究还需要结合工程实际，对实际工程环境进行准确的模拟。
目前的数值模拟技术还存在一些问题，如计算精度不高、模型参数固定等方面的问题，需要进一步的改进和优化。
浅谈独头巷道瓦斯排放的几种常用方法
合处风量)Q及(0) 全风压风流中的瓦斯浓度.. C
实有关系。根据独巷内的瓦斯排出量在全
风压处瓦斯量的关系,可由下式计算应送
入独巷的风量:
Q局×C≤Q
×(C－C实)
即: Q≤(0) Q ×(C－C)/Cm3/min;例如:一(局) 掘进工作面停(实) 风后(0) ,独巷内平
2008 NO.33Science and Technology Innovation Herald
科技创新导报
浅谈独头巷道瓦斯排放的几种常用方法
姜国强
(淮南矿业集团公司救护大队安徽淮南 232052)
摘要:本文通过对煤矿井下独头巷道中的瓦斯排放几种方法的分析,通过对风流混合处瓦斯浓度与风量的关系的分析,揭示了独头巷道
高,因此在独头巷道的迎头瓦斯浓度较低。
(4)当密闭墙处于平巷或倾斜巷道下部
时,因任何密闭墙都不是绝对密闭的,在矿
井通风压力的作用下,密闭墙附近的瓦斯
得到一定的释放,因此,密闭墙附近的瓦斯
浓度相对较低。但当密闭墙处于倾斜巷道
的上部时,密闭墙附近瓦斯浓度较高。
(5)由于矿山压力、矿井地质条件。矿
(4)了解供电情况,检查风电闭锁装置
是否良好;检测局部通风机及其开关附近
10m内瓦斯浓度是否超过.. 0.5%。
(5)核实措施是否符合现场的实际情
况。有时制定的措施与井下实际情况有出
入,或者现场情况发生了变化,如仍按原措
施执行,试必会造成事故。在措施与实际
不相符时,必须增补措施后在执行,保证其
停电的要求;
⑤检查局部通风机的安装位置是否符
Y型通风方式下采场瓦斯运移规律的数值模拟研究及瓦斯治理分析
两 进 一 回 Ｙ 型 通 风 系 统 可 以 在 采 煤 工 作 面 的 上、 下巷 同 时进 风 ， 而其 中 的副进 风 巷 在采 空 区的部 分 变为 回风 巷 ， 在 巷 旁 充 填 支 护 。这 种 形 式 的工 并 作 面通 风方 式不仅 可 以从 根 本 上解 决 上 隅角 瓦斯 积 聚 问题 ， 且运 煤 、 种管 道 、 而 各 设备 都 在新 风 中 ， 回 在 风巷 中没 有 轨道 、 管路 及 电缆 等 ， 大提 高 了 回风 巷 大
摘
要 ： 对 综放 工作 面开 采 Ｙ型通 风 系统 ， 立 了 Ｙ型 通 风 采 空 区流 场模 拟 的计 算流 体 力 学模 针 建
型。 通过 数值模 拟 ， 系统研 究 了 Ｙ 型通风 采 空 区流 场 和 瓦 斯运 移 规 律 ， 比分 析 了 Ｙ 型 通风 和 ｕ 型 通 对 风 条件 下 的采 空 区流场及 瓦斯运 移特 征 ， 与现场 的实测数 据进 行 了比较。研 究表 明， 并 采用 Ｙ 型通风 方
副进 风巷 风量 分 配合 理 ， 两进 一 回 Ｙ 型通 风 方 式 完
全 可 以解 决 上 隅角 瓦斯浓 度超 限问题 。
将综 放工 作 面采空 区视 为 煤岩 混 合体 组 成 的多
孔介 质 空 间 ， 由于松 散煤 体 孔 隙 的时空 分 布不 均匀 ，
１ 工作面基本情 况
在 １ １０回采 工 作 面 的上 、 端 各 设 １条 进 风 ５２ 下 道， 另在采空 区一侧设 回风道 ， 形成 Ｙ 型通 风 ， 图 １ 如
：
ｇ ＋ １ ｆ 、 １
ｍ ／ ， Ｊ
（ １ ）
煤矿采空区瓦斯渗流规律及其数值模拟研究
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。
掘进巷道正压通风瓦斯运移过程与浓度分布规律数值模拟研究
２ 计算结果分析
２ １ 正压 通风 流场 分析 ．
ｃ 岫 ． ■ ｄ■ － ｈ
压人式通风掘进工作 面风流流场结构具有 ３个流场
图 ３ ２ ０Ｓ瓦斯 分 布 云 图
Ｆ ｇ ３ Ｇ ｓ ｄ ｓ ｉ ｕ ｉｎ ｎ ｐ ｏ ｒ ｍ ｎ ２ ｉ ． ａ ｉｔ ｂ ｔ ｅ ｈ ｇ ａ ｉ ０ ｓ ｒ ｏ
分区 Ｊ射流区、 ： 回流区、 涡流区． 根据风筒位置以及模拟
白冰 ， 周利 华 ， 张帝 ， 熊炜
（ 湖南科技大学 能源与安全工程学院 ， 湖南 湘潭 ４ １０ ） １２ １
摘 要 ： 采用 Ｃ Ｄ数值模拟方法， Ｆ 对掘进巷正压通风情况进行数值模拟， 运用高瓦斯矿井煤巷掘进压入式通风掘进 工作面风流流场
结构特 点， 分析掘进迎头和巷道某一断面瓦斯浓度分布 ， 得出发 生瓦斯突涌后受通风风流影响， 回流 区煤壁形成瓦斯聚集区， 在 并迅速 向巷
道扩散， 为正确评价掘进工作面作业环境和掘进通风效率， 预防控制因掘进工作面放炮引起 的瓦斯事故提供 了新的理论依据．
关键词 ： 正压通风 ； 掘进巷 ； 数值模 拟； 瓦斯突涌 中图分类号 ：Ｄ １ ． Ｔ Ｔ ２５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ４— ８６ ２ １ ） ｌ ０ １ — ３ １７ ５ ７ （０ ２ ０ 一 ０ ８ ０
变， 对于 防止掘 进工 作 面 瓦斯 事 故 的发 生 有 着极 其 重
要 的意 义．
采场瓦斯运移规律仿真模拟研究
矿 业 工 程 研 究
Ｍｉｅａ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｒｅ ｅ ｃ ｎ ｒｌＥ ｇｎ ｅ ｉ ｓ ａｒｈ ｎ
Ｖ０ ． ７ Ｎｏ １ １２ ． Ｍａ＂ ０１ Ｔ ．２ ２
采 场 瓦 斯 运 移 规 律 仿 真 模 拟 研 究
王 刚 ， 昊 邵 ’
会 达到 临界值 甚至 超 限． 针对 上述矛 盾 ， 于其 现有 的 基 通风设施 ， 用 Ｆｕ ｎ 仿 真模 拟手段 来研 究采 场风 速 、 利 ｌｅ ｔ
超限主要采用的方法有合理配置工作面风量 、 抽放瓦
斯、 尾巷 排放等 一 ．
山西某煤 矿 回采工作 面使 用 “ ｕ＋Ｌ 型通 风方 式 ， ” 工 作面 隅角 风流微 弱 ， 瓦斯容 易积 聚 ， 同时 由于部分 风 流 经离 工作 面切顶 线较 近 的采 空 区进 入 回风巷 ， 大 增 了 回风 流 中的瓦斯 浓 度 ， 工作 面 瓦 斯 涌 出量 大 的情 在 况下 ， 如果工 作 面配风量 和 瓦斯尾 巷步距 不合 理 ， 易 容 造成“ Ｕ＋Ｌ 型 通 风方 式 下 上 隅角 和 回风巷 瓦斯 浓 度 ” 超限 ． 历史数 据表 明 ： 隅角 与尾 巷 口的瓦斯 波动超 限 上 均 出现在尾 巷联 络巷 接 替 时 的周 期来 压前 后 ， 作 面 工
场 的高浓度 瓦斯 积 聚带 ．
到采空 区深部 瓦斯 浓度 逐渐 升 高 ． Ｘ 在 Ｙ平 面 内 ， 场 采 瓦斯 总体上 呈现 由进 风 端 向 回风 端 、 由采 空 区深 部 向
工作面运移的趋势． 在采场高度方向上 ， 由于瓦斯密度 小于空气密度 ， 故沿采场高度方向瓦斯浓度逐渐升高． 在采空区回风侧顶部瓦斯浓度达到最高 ， 成为整个采
瓦斯爆炸冲击波在单向转弯巷道内传播及衰减数值模拟_侯玮
0≤r≤R, 初始时刻为 t0 流场初始化条件 : T ( t0 ) = T0 ,
p ( t0 ) = p0 , u ( t0 ) = 0, v ( t0 ) = 0, mCH4 ( t0 ) = 01095,
图 2 管道内流场初始化
mO2 ( t0 ) = 0120, mN2 ( t0 ) = 01705, mCO2 ( t0 ) = 0, mH2O ( t0 ) =
.
∑N
气体状态方程 : p =ρR T
; i.
m i = 1
i
第 4期
侯 玮等 : 瓦斯爆炸冲击波在单向转弯巷道内传播及衰减数值模拟
511
上述方程中 , ρ为密度 ,
kg /m3 ;
t为时间 ,
s;
ui ,
uj ,
uk ,
u为混合气体流动速度 ;
λ t
为湍
流黏性系
数,
Pa /m;
λ L
为层流黏性系数
可忽略质量力 、黏性和热传导 ; (5) 考虑压缩性.
2 数值模型
气体爆炸是带有快速化学反应的现象 , 伴随有热量产生 , 因此 , 可以用完全气体膨胀的模型来描述.
根据上述假设条件和瓦斯爆炸物理模型 , 这里给出以可压缩湍流流动为基础的瓦斯爆炸数学模型 [ 6 - 8 ].
质量守恒方程 :
9ρ 9t
第 34卷第 4期 2009年 4月
煤 炭 学 报 JOURNAL OF CH INA COAL SOC IETY
文章编号 : 0253 - 9993 (2009) 04 - 0509 - 05
Vol. 34 No. 4 Ap r. 2009
瓦斯爆炸冲击波在单向转弯巷道内传播 及衰减数值模拟
巷道冒落区瓦斯积聚的数值模拟及应用
作者简介 ： 朱迎春 （９ ９ ， ， １７ 一） 女 山东济南人 ， 在读博士研究生 ， 主要从事矿井火灾 、 瓦斯运移的数值模拟和注惰方面的研究
维普资讯
第 ２期
朱迎春 等 ： 巷道 冒落区瓦斯积聚的数值模拟及应用
３５ ｌ
动方 量程
击 ）（ （ ＋ 毒
在巷道区域速度矢量变化不大 ， 网格划分得较为稀疏。通过这样的划分能够经济、 有效地进行数值计算 ，
而且 可 以有 效地适应 边界 的变化 。巷 道及 冒高 区解算 区域模 型 的建立 和 网格 的划 分在 软 件 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ的
前处 理器 Ｇ ＭＢＴ中完成 。 Ａ Ｉ
假设 风流及 甲烷扩散气体遵循理想气体状 态方程 ， 下列方 程组就构成 了瓦斯积 聚过程 中的瞬时方程组 。
一 ＋ｌ 老ｐ ｇ ，
（） ２
髓方 程
ｏ） ＝（鸶， （ ＋ 毫ｆ ） ｐ ｈ ＾
一
（） ３
组分扩 散方程 （ 扩散 通量 由浓度梯 度产 生 ）
（ｉ 盏 Ｖ・ ｐ， ） Ｄ＋ ｍ
（） ４
式 中 Ｐ为 密度 ；为 时间 ； ，ｉ ｔ ｘ 为 和 Ｙ方 向 ； ｕ 为 和 Ｙ方 向的速度 ； ｕ，ｉ ｕ为速度 ； ＾为焓 ； 为输 运系 Ｆ＾ 数 ；ｇ 为质量力 （ Ｐ 只有 重力 ， Ｙ轴竖 直 向上 ， ｇ ： ， ｐ ， ０ ； 是混 合物 中第 种物 质 的扩 且 则 ０ｇ ＝一 ｇｇ ＝ ）Ｄ
维普资讯
第２ ８卷 第２ 期
２０ ０ ８年 ６月
西
安
科
技 大 学 学
报
Ｖ０ ． Ｎｏ ２ １２８ ．
ＪＵ Ｏ ＲＮＡ ． Ｎ Ｕ Ｉ ＥＲ Ｉ Ｃ ￡ Ｅ Ａ Ｅ Ｈ １ ＧＹ Ｉ ｏＦＸＩ Ｎ Ｖ ＳＴＹ ＯＦＳ Ⅱ ＮＣ ＮＤ Ｔ Ｃ ＮＯ ０ Ａ
煤巷掘进过程煤层瓦斯运移规律的数值模拟
煤巷掘进过程煤层瓦斯运移规律的数值模拟贾真真;冯涛【摘要】The study of gas migration law during tunnel excavation in thick coal seam is of important significance for preventing gas disasters.A coupling model between coal and gas is constructed,and then gas migration law during tunnel excavation in thick coal seam is simulated by means of RFPA software.Results show that the gas seepage field appears around the roadway during tunnel excavation in thick coal seam,gas pressure gradient is axis symmetry and moves forward with the tunnel excavation;the change of gas pressure before working face and in roadway wall are the same,the gas pressure distribution is parabolic in the gas seepage field, the gas pressure gradient around the roadway is largest,and then it gradually increases to the initial gas pressure. With the increase of exposure time of roadway wall,gas pressure and gas flow in the coal seam around the roadway gradually decreases,and finally tends to be stable.%研究煤巷掘进过程中瓦斯运移规律对瓦斯灾害防治具有重要的意义。
基于FLAC和Fluent数值模拟的煤层瓦斯运移规律研究
Ｓｔｕｄｙｏｎｃｏａｌｓｅａｍ ｇａｓｍｉｇｒａｔｉｏｎｌａｗｂａｓｅｄｏｎＦＬＡＣａｎｄＦｌｕｅｎｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＳｕｎＺｈｅｎｊｕｎ
（ＪｕｊｉＣｏａｌＭｉｎｅ，ＹｏｎｇｃｈｅｎｇＣｏａｌＣｏｍｐａｎｙ，ＨｅｎａｎＥｎｅｒｇｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐ，Ｙｏｎｇｃｈｅｎｇ ４７６６００，Ｃｈｉｎａ）
分析了富集区域和卸压瓦斯运移规律；杨社［２］研究 了大采高综放工作面瓦斯治理技术，分析了生产过 程中监测到的瓦斯涌出规律和沿空小断面留巷技术 对瓦斯的治理措施。
１ 多孔介质瓦斯运移特征
（１）多孔介质的储集性。该特征与孔隙间距密
切相关，主 要 由 孔 隙 的 多 少 来 对 储 集 性 进 行 描 述。 孔隙率的算术表达式［３６］：
第 ４１卷第 １０期 ２０１９年 １０月
能 源 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 环 保
ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
Ｖｏｌ４１ Ｎｏ１０ Ｏｃｔ． ２０１９
基于 ＦＬＡＣ和 Ｆｌｕｅｎｔ数值模拟的煤层 瓦斯运移规律研究
孙振军
（河南能源化工集团 永煤公司车集煤矿，河南 永城 ４７６６００）
ＳｕｎＺｈｅｎｊｕｎ．ＳｔｕｄｙｏｎｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｍｉｇｒａｔｉｏｎｌａｗｂａｓｅｄｏｎＦＬＡＣａｎｄＦｌｕｅｎｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏ ｔｅｃｔｉｏｎ，２０１９，４１（１０）：３０３２，３６．
·３０·
２０１９年第 １０期
矿井运输巷道内活塞风流的数值模拟
HENANKEJI·CHUANGXINQUDONG 2016.09过运输设备后，由于边界层分离，各种漩涡发展充分，风流速度减小。
2.3v=8m/s 时各子平面速度分布运输设备以速度8m/s 运行，与原风流方向一致。
巷道内风流分布具体见图9、10、11。
图9速度v=8m/s 时平行于底面的子平面上速度场云图Y=0Y=0.4Y=0.8Y=1.2图10速度v=8m/s 时平行于侧壁的子平面上速度场云图X=4X=0X=-4图11速度v=8m/s 时垂直于底面的子平面上速度场云图由于速度一致，此时对于巷道内风流来说，运输设备已经不作为障碍物存在。
从图9、10、11中可得出：在风流的入口段，风流流场结构较为简单，基本接近均匀分布。
由于运输设备运行产生的速度流场作用，在运输设备前后出现风流高速区，在环状空间内的风流速度反而出现了速度降低的情况。
平行于底面的子平面上，运输设备前方，风流速度较高，在运输设备通过后，速度迅速下降。
垂直于底面的子平面上，在运输设备后方临近处出现风流高速区，在运输设备后方的中间区域出现最大速度。
为分析运输设备不同运动状态情况下巷道内沿程速度分布与压力分布的详细情况，选取巷道底板中轴线上方Z=2.1m 处的沿程速度与压力分布曲线，如图12、13所示。
从图12、13中可以看出：运输设备在巷道风流相向运行时，运输设备前端会有一个高压带，冲击巷道原有的速度场；而在环形区域内速度场将剧烈震荡，在接近运输设备时速度达到最大值，随之锐减，复又增加，至设备末端；其总体速度也高于其他2种情况；在相向运行时，沿程压力变化不大，未出现明显的震荡情况。
3结论当活塞风方向与矿井通风系统的风流方向相同时，对矿井通风是有利的；当活塞风方向与矿井通风系统的风流方向相反时，通风区域内风量会随之减少，减少的幅度随活塞风的大小变化，甚至可能出现局部时段的反风。
从通风系统稳定性的角度来看，这是对原通风状态的扰动，巷道断面上的风流速度会随之发生很大变化，是不希望发生的。
一种模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法以及实验系统[发明专利]
![一种模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法以及实验系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6fb20bd531126edb6e1a10a4.png)
专利名称：一种模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法以及实验系统
专利类型：发明专利
发明人：王淑芳,赵林惠,张建成,李一男
申请号：CN201110095250.4
申请日：20110415
公开号：CN102733843A
公开日：
20121017
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法以及实验系统，目的是奠定安全、迅速地排放瓦斯的理论基础。
本发明公开了一种模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法以及实验系统，首先建立掘进巷道实验系统，然后通过定向和定量两种方法深入探索半封闭条件下紊动射流作用下瓦斯运移规律。
其中定性方法为非接触测量，在不干扰流场运行特性的基础上进行定性分析，其分析结果可作为定量实验中传感器布置的依据。
定量方法通过巷道模型上的多功能操作孔布置多种传感器，通过数据分析挖掘瓦斯运移规律。
本发明可为掘进巷道正常通风和瓦斯排放情况下风机控制策略提供理论和数据依据，也为预防掘进巷道内瓦斯爆炸事故提供指导。
申请人：北京联合大学
地址：100101 北京市朝阳区北四环东路97号
国籍：CN
代理机构：北京驰纳智财知识产权代理事务所(普通合伙)
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采空区瓦斯运移规律数值模拟
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。
瓦斯运移规律
瓦斯运移规律瓦斯运移规律是指在地球上瓦斯在地下运移、分布的规律。
瓦斯是一种由各种气体组成的混合物，其中包括甲烷、乙烷等多种可燃气体。
瓦斯运移规律主要包括以下几个方面：1. 产瓦斯层的形成地下瓦斯产生主要有两种途径：生物发酵和热解。
生物发酵产瓦斯是指有机质在无氧条件下被微生物分解产生甲烷等气体；热解产瓦斯是指有机质经过高温加热分解产生气体。
这些产瓦斯的有机质一般来自植物、动物的遗体及其它有机物。
这些有机质在适宜的温度、压力和水分条件下转化成油气或煤矿。
2. 瓦斯分布瓦斯的分布具有一定的规律。
瓦斯主要分布在地下煤层、油气藏和泥页岩中。
其中，煤层气主要分布在煤层中的煤孔隙和裂隙中，而油气藏中的甲烷主要溶解在石油中，泥页岩中的瓦斯则嵌布在泥页岩孔隙中。
3. 瓦斯运移规律瓦斯运移主要受到以下几个因素的影响：地层渗透性、孔隙度、压力差和温度差。
其中，地层渗透性越高，瓦斯运移速度越快；孔隙度越大，瓦斯贮藏量越大；压力差是瓦斯运移的驱动力，压力差越大，瓦斯运移速度越快；温度差也会影响瓦斯运移速度，温度差越大，运移速度越快。
4. 瓦斯运移路径瓦斯运移主要沿着地质构造和裂隙进行。
地质构造是指岩石层面的断层、褶皱在某一地区内的总体布局，不同的构造对瓦斯的运移有不同的影响。
断层和裂隙是瓦斯运移的通道，瓦斯往往沿着断层、裂隙向上或向下运移。
5. 瓦斯分布的影响因素影响瓦斯分布的因素主要包括沉降中心、水平岩层、地质构造、地下水和矿井开采等。
沉降中心是瓦斯聚集的重要场所，瓦斯往往向沉降中心方向运移；水平岩层是瓦斯运移的阻碍，因为水平岩层会限制瓦斯的上升；地质构造是瓦斯运移的通道，对瓦斯分布具有重要影响；地下水会影响瓦斯的溶解和运移；矿井开采会改变地下压力分布，影响瓦斯分布。
总之，瓦斯运移规律是由地质条件、地下压力、地温和地下水等因素共同作用的结果，了解瓦斯运移规律对于煤矿安全和油气勘探开发具有重要意义。
《独头巷道掘进爆破炮烟扩散规律研究》
《独头巷道掘进爆破炮烟扩散规律研究》篇一一、引言在矿山、隧道等地下工程中，独头巷道掘进是一项常见的作业。
而在这个过程中，爆破是不可或缺的一环。
然而，爆破过程中产生的炮烟不仅对作业环境造成污染，还可能对作业人员的身体健康造成危害。
因此，研究独头巷道掘进爆破炮烟的扩散规律，对于提高作业安全、减少环境污染具有重要意义。
本文将对独头巷道掘进爆破炮烟的扩散规律进行深入研究，以期为相关工程提供理论依据。
二、炮烟的产生及影响因素独头巷道掘进爆破过程中，由于炸药爆炸产生的气体和固体颗粒物的混合物，形成了炮烟。
这些烟尘主要由炸药燃烧产生的气体、岩石破碎产生的粉尘以及水蒸气等组成。
炮烟的产生受多种因素影响，包括炸药类型、装药量、巷道断面尺寸、地质条件、通风条件等。
不同类型和不同规格的炸药产生的烟尘成分和浓度存在差异；装药量越大，产生的烟尘量也越大；巷道断面尺寸影响烟尘的扩散空间；地质条件和通风条件则影响烟尘的扩散速度和浓度分布。
三、炮烟扩散规律研究为了研究独头巷道掘进爆破炮烟的扩散规律，本文采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法。
1. 理论分析通过分析爆炸力学和流体力学相关理论，研究炮烟的产生机制和扩散机理。
结合独头巷道的特性，分析巷道断面尺寸、通风条件等因素对炮烟扩散的影响。
2. 数值模拟利用计算流体动力学（CFD）软件，建立独头巷道掘进爆破过程的数值模型。
通过模拟不同工况下的炮烟扩散过程，分析炮烟的扩散速度、浓度分布以及影响因素。
3. 现场试验在独头巷道掘进现场进行试验，采集炮烟扩散过程中的数据。
通过对比理论分析和数值模拟结果，验证炮烟扩散规律的正确性。
四、研究结果与分析1. 炮烟扩散速度与距离的关系研究结果表明，炮烟的扩散速度与距离呈正相关关系。
在独头巷道中，炮烟的扩散速度受巷道断面尺寸、通风条件等因素的影响。
断面尺寸越大，通风条件越好，炮烟的扩散速度越快。
2. 炮烟浓度分布规律在独头巷道中，炮烟的浓度分布呈现不均匀性。
《2024年独头巷道掘进爆破炮烟扩散规律研究》范文
《独头巷道掘进爆破炮烟扩散规律研究》篇一一、引言在矿山、隧道等地下工程中，独头巷道掘进是常见的作业方式。
而在此过程中，爆破作业是不可或缺的一环。
然而，爆破过程中产生的炮烟对作业环境和作业人员的危害不容忽视。
因此，研究独头巷道掘进爆破炮烟的扩散规律，对于改善作业环境、保障作业人员安全具有重要意义。
本文旨在通过对独头巷道掘进爆破炮烟扩散规律的研究，为相关工程提供理论依据和技术支持。
二、炮烟的产生及危害独头巷道掘进爆破过程中，炮烟主要由炸药爆炸产生的气体、粉尘以及未完全燃烧的炸药颗粒等组成。
这些炮烟在巷道内扩散，不仅会影响作业环境的能见度，还会对作业人员的呼吸系统和身体健康造成危害。
因此，研究炮烟的扩散规律，对于改善作业环境和保障作业人员安全具有重要意义。
三、炮烟扩散规律研究方法为了研究独头巷道掘进爆破炮烟的扩散规律，本文采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法。
首先，通过理论分析，建立炮烟扩散的数学模型，分析炮烟扩散的影响因素。
其次，利用数值模拟软件，对炮烟的扩散过程进行模拟，得出炮烟扩散的规律和特点。
最后，通过现场实测，验证理论分析和数值模拟的结果，为工程实践提供依据。
四、炮烟扩散规律分析1. 影响因素分析炮烟的扩散受多种因素影响，包括炸药量、巷道尺寸、通风条件等。
炸药量越大，产生的炮烟越多；巷道尺寸和通风条件也会影响炮烟的扩散速度和范围。
因此，在研究炮烟扩散规律时，需要考虑这些因素的影响。
2. 扩散过程分析炮烟的扩散过程包括初期快速扩散和后期缓慢扩散两个阶段。
在初期，由于炸药爆炸产生的能量较大，炮烟迅速扩散；随着能量的消耗，炮烟的扩散速度逐渐减慢。
此外，通风条件也会影响炮烟的扩散过程。
3. 扩散规律总结通过理论分析、数值模拟和现场实测，可以得出独头巷道掘进爆破炮烟的扩散规律。
在一定的条件下，炮烟的扩散符合一定的数学模型，可以预测炮烟的扩散范围和浓度分布。
五、结论与建议通过研究独头巷道掘进爆破炮烟的扩散规律，可以发现以下几点结论：1. 炸药量、巷道尺寸和通风条件等因素会影响炮烟的扩散速度和范围。
工作面揭露空巷瓦斯流动规律数值模拟
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。
W型通风方式下采空区瓦斯运移规律数值模拟研究
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。
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文章 编号：１７ ６２—９ １ （ ０ １ ０ ０ ２ ０ ３ ５ ２ １ ） ６— ７ ８— ３
独 头巷 道 内瓦斯 运移 规律 数 值 模 拟
杨春丽 刘 琦 杨 春燕 ， ，
（． １ 中原工学 院 能源与环境工程学院 ， 河南 郑 州 ４０ ０ ； ． ５ ０ ７ ２ 郑州轻工业学院 机电工程学院 ， 河南 郑州 ４０ ０ ） ５ ０７
２ ）瓦斯 扩散运 移 。瓦斯 的扩散运 移 有 ２种形 式 ： 子扩 散 和紊 分
流扩散。扩散的方 向为 由高瓦斯浓度区流 向低瓦斯浓度 区。实际测 图 １ 不 同时刻巷道 中心线上沿长度 定， 一般无规则的紊流脉动扩散 比分子扩散速率大 １０ １ ０ 倍 。 ０ ～ ０ ０ 方向瓦斯浓度变化曲线
小值后 ， 瓦斯浓度又开始升高 ， 到一定值后又开始降低。瓦斯浓度沿巷道长度方向上变化可分为降低 、 升
收稿 日期 ： ０ １— ８— ０ ２ １ ０ ２
通讯作者 ： 杨春丽 （ ９０一 ， ， １ ８ ） 女 河南周 １人 ， ５ 讲师 ， 士 ， 博 主要从事矿山安全工程方面的研 究
第 ６期
以及巷道不同断面瓦斯浓度分布等值线 图。模拟结果表 明， 巷道上部分瓦斯浓度 比下部分瓦斯
浓度 大 ， 瓦斯浓度 沿巷 道分 为 ３个部 分 ： 降低 ， 升 高 ， 先 后 然后 又 降低 。 涌 出后 一段 时 间 瓦斯 浓度
降低部 分 非常短 ， 个 瓦斯 浓度是 升 高部 分 ， 沿巷 道 长度 方 向基 本 呈 直线 升 高 。该研 究对矿 井 整 且
第３ 卷 第６期 １
２１ ０ １年 １ １月
西 安
科
技 大 学 学 报
Ｖ０． １ Ｎｏ ６ １３ ．
Ｎ Ｖ ２ １ Ｏ．０ １
Ｊ ＲＮ Ｌ ０Ｆ Ⅺ ’ ＮＩ Ｅ ｓ ＯＵ Ａ ＡＮ Ｕ Ｖ Ｒ ｎＹ Ｆ Ｓ Ｉ ＮＣ Ｄ Ｔ Ｃ Ｏ Ｃ Ｅ Ｅ ＡＮ Ｅ ＨＮＯ ＯＧ Ｌ Ｙ
ｇ１ ３ 瓦斯 “ 替 ” ） 趋 运移 。在 巷道 中某 一 区域 有 瓦 斯 涌 出时 ， 出瓦 Ｆｉ ． 涌 Ｇ ｓ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｎ ｖ ｒ ｔ ｎ ａｏ ｇ ａ ｏ ｃ ｎｒ ｉ ａ ｉ ｉ ｌｎ ａｏ ａｏ
化规 律 ， 因此在 独头 巷道 掘进过 程 中 ， 以采用 幂 函数模 拟 独 头 巷道 瓦 斯 涌 出 强度 变 化 规 律 。模 拟计 算 可 中考 虑重 力 的作 用 Ｊ 。
２ 模 拟 结 果 分 析
２ １ 瓦斯 涌 出不 同时刻 瓦斯 浓度变 化 曲线 ．
图１ 是涌出后不同时刻巷道中心轴线上沿长度方向瓦斯浓度变化曲线。涌出后 ７ １ ，０和 １ ｉ 与涌 ６ｍｎ 出后 １ ， ｖ ｎ ４ｒｎ的瓦斯浓度变化趋势一致 ， ０ｓ１ ａ 和 ｉ ｉ ａ 都是在巷道 口附近瓦斯浓度为 １ 随后开始降低至最 ，
的瓦斯 浓 度 ， 因此研 究 突然 涌 出的 瓦斯在 巷道 中的分 布规 律对 巷道 通 风风量 调 节 以及瓦 斯爆 炸事 故 调查 具 有重 要意 义 。本 文 中采 用 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软 件对 独 头 端 瓦 斯 异 常 涌 出后 ， 道 内瓦 斯 动 态 分 布规 律 进 行 研 巷
杨春 丽等 ： 头巷 道 内瓦斯 运移规 律数 值模 拟 独
７９ ２
高和降低 ３ 个部分 。随着时间的推移降低段越来越短 ， 升高段
巷 道 中心线 上 瓦斯浓 度沿 巷道 长度 方 向上基 本呈 直线 上升 。
以上现象产生的原因可以从巷道瓦斯运移形式解释。巷道瓦斯
瓦斯爆炸事故调查、 通风风量调节、 灾害预警以及应急救援具有一定的意义。
关 键词 ： 值模 拟 ； 常 涌 出；瓦斯 浓度 ； 头巷道 数 异 独
中 图分 类号 ： Ｄ ７ ４ ４ Ｔ ２ ． 文献标 志码 ： Ａ
煤 矿井 下开挖 巷道 的过 程 中 ， 时会有 大 量 的 瓦斯 突 然从 独 头 端 涌 出 的现 象 ， 样 的瓦斯 涌 出形 式 有 这
究。
１ 计算 模型及边界条件设置
本次模拟巷道断面形状为正方形 ， 长和宽均为 ２７１， ． Ｉ Ｔ 独头巷道长 ３０ｍ， ０ 旁边设有风筒 ， 风筒距离独
头端一 定距 离 ， 风简 直径 ０ ６ｍ． ．
由于风筒出口附近和巷道瓦斯涌 出口附近流场变化 比较大， 以在计算过程 中， 所 在前 ５ 采用局部 ０ｒ ｎ 网格 加密 ， 网格 间距 为 ０ ２ ｍ， ２ ０ｍ 网格 间距 为 ０ ５ｒ． ． 后 ５ ． ｎ 很多监测数据表明 ， 煤层瓦斯涌出强度符合幂函数变化规律 。因为煤壁瓦斯涌 出强度符合幂 函数变
摘 要 ｌ 独头巷道 内瓦斯异常涌出是 引起煤矿井下瓦斯爆 炸事故的主要原 因之一。采用计算流
体力学软件对独头端异常涌出后 瓦斯在巷道 中时空分布规律进行数值模拟研 究。独头端的涌出
速 度采 用 幂 函数 的 变化 规律 进行模 拟 。模拟 过程 监 测 了不 同时刻巷 道 中心线 瓦斯 浓度 分 布 情 况
时
运移主要有 ３ 种方式。
１ ）瓦 斯对 流运 移 。 当巷 道 中存 在 风 流 时 风流 中 的空 气 微 团对
｛
分布在其中的瓦斯微 团产生作用力 ， 也就是 瓦斯微 团与空气微团之 间所存在摩擦力。在该力作用下 ， 瓦斯微团随风流一起运动 ， 这就是
瓦斯 的对 流运 移 。
可以称为异常涌出¨ 。突然涌出的瓦斯会造成瓦斯浓度超限， Ｊ 遇火源可能会 引发瓦斯爆炸事故。异常涌
出是引起 井下 瓦斯 爆 炸事故 的主要原 因之 一 。２０ ０ ０５— ２—１ ４孙家 湾 煤矿 海 州 立井 瓦 斯 爆炸 事 故 是 由于
冲击地压引起的瓦斯异常涌 出， 导致瓦斯浓度超限， 遇火源引起 的。发生瓦斯爆炸 三要素之一 就是合适