瓦斯抽放条件下采空区流场数值模拟
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。
采空区瓦斯流动规律CFD数值模拟的误差分析
（ 四川省安全科 学技术研 究院， 四川 成都 ６ ０ １ ） １ ０ ６
要 ］ 以阳泉 三矿 Ｋ８０ ２ ６综放 面 为模 型 ， 用 ＣＦ 数 值模 拟 方 法对 其采 空 区瓦斯流 动及 采 Ｄ 分 布规律 进行 了数值模 拟研 究 。为 了分析 数值 模 拟 结果与 现场 实测 数据 的误 差 ， 建 立 了３ 条考察标准。考察结果表 明， 工作 面瓦斯浓度分布规律与现场实测的是 吻合 的； 回风巷 、 内错尾 巷 、 高抽巷 的 瓦斯 浓度 误 差 分别 为 ６ ５ ． ２ ％， ％、 ９ ％、５ 回风巷 、 ２ 内错 尾巷、 高抽 巷 的风 速 误 差 均 小 于 １ ％； 空 区压 实 区的风 流 流 态 为层 流 ， ０ 采 离层 区风 流 流 态为紊 流 与过 渡流 。 ［ 关键词 ］ 瓦斯流动规律 ； 数值模拟 ； 误差分析 ［ 中图分类号 ］Ｔ １￣ ２ ［ Ｄ７２． 文献标识码 ］Ｂ ［ ５ 文章编号 ］１７ － ４（ １） － ２ － ６２ ９３ ０ １ ３０ ０ ３ ９ ２ ０ ０ ０
所示 。
（） ２ 工作面采用“ ＋ ｕ 尾巷型通风方式 ”高抽 ， 巷抽采采空区和邻近层 瓦斯的条件下各条巷道的 风量及瓦斯浓度值 ， 将数值模拟结果与之对 比， 算 出模拟数值的误差 。 （） ３ 相关 资料表明Ｅ １ ］， － 采空区的离层区内风 ２ 流流态为紊流与过渡流并存 ，压实区内风流流态 为层流。 采空区多孔介质内风流流态用雷诺数 Ｒ ｅ 来 判别 。
量 扩散 。
１ 理论基础
Ｃ Ｄ模拟研究是 为了得到流体流动控 制方 Ｆ 程 的数 值 解 法 ，其 基 础 是 建 立 Ｎ ｖ ｒＳｏｅ 方 ａｉ— ｔｋｓ ｅ 程 ，对质量和动量的守恒方程进行求解 。在研究
Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究的开题报告
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。
Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究
论 依据 ， 用 流体 力学模 拟软件 Ｆｕ ｎ 对 两进 一 回 Ｙ型 通 风 工作 面采 空 区流 场、 应 ｌｅ ｔ 瓦斯 浓度 场 的分布 进行 了模 拟研 究 ， 到 采 空 区瓦斯 流动及 浓度 分布规 律 为 ： 得 沿走 向向采 空 区深部 瓦斯 浓
度 逐 渐增 大 ， 沿倾 向从 下向上 瓦斯 浓度 逐渐 增 大 ， 空 留巷 的末 端是 能位 的 最低 点 ， 风 向 沿 沿 漏
ｐｒ ｂｅ ｏ ａ ｃ ｕ ｏ ｌｍ ｆｇ ｓａ ｃ ｍｕｌｔｏ ｎ ｔ ｅ ｕ ｅ ｏ ｅ ａ ｅ ｓ ｌｅ ａ ｉｎ ｉ ｐｐ ｒ ｃ ｍ ｒｃ ｎ ｂ ｏ ｖ ｄ． ｈ Ｋ ｅ ｒ ｓ： —ｔｐ ｅ ｔａｉｎｓ ｓｅ ；ｇ ａ ；ｇ ｓｆ ｌ ｙ ｗｏ ｄ Ｙ ｙ ｅｖ ｎ ｌｔ ｙｔｍ ｉ ｏ ｏ ｌ ａ ｅｄ；ｎ ｍｅ ｃ ｉ ｌｔ ｎ ｉ ｕ ｒ ａ ｓｍｕａｉ ｉｌ ｏ
（ ．Ｈ ｆ ｅｉ ｅｅｒｈＩｓｔｔ ｆ ｏ ｎｕｔ ， ｅｅ Ａ ｈ ｉ ３０ １ Ｃ ｉａ ２ ｕ ｎ ｎＢａｃ ， ｈｎ ｒｈｎｓＢｎ ， １ ｅｅ Ｄ ｓ ｎＲ ｓａｃ ｔｕｅ ｏ Ｃ ａ Ｉｄ ｓｙ Ｈ ｆ ｎ ｕ ２ ０ ４ ， ｈｎ ； ．Ｈ ｍ ａ ｒ ｈ Ｃ ａＭｅｃａｔ ａｋ ｉ ｇ ｎ ｉ ｒ ｌ ｒ ｉ ｎ ｉ Ｈ ｍｎｎＡ ｈｉ ３ ０ ７ Ｃ ｉａ） ｕ ａ ｎ ｕ ２２ ０ ， ｈｎ
空 留巷 末端 方 向流动 ， 可以解 决上 隅角 瓦斯 积聚 问题 。
关 键词 ： Ｙ型通风 ； 采空区 ； 瓦斯场 ； 数值模拟
中图分 类号 ： Ｄ ５ ． Ｔ ７３ ６
文 献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：６２— ０８ ２１ ）３ ｏ２ 一 ３ １７ １ （００ ０ 一 ｏ９ Ｏ ９
基于COMSOL的采空区瓦斯抽采数值模拟研究
基于COMSOL的采空区瓦斯抽采数值模拟研究胡延伟;孙路路;江城浩;黄腾瑶;陈连军【摘要】为了研究采空区内瓦斯达到稳定后的分布规律,从而确定瓦斯抽采巷道的位置,结合孔庄煤矿7433工作面实例,基于“O型圈”理论,采用分块赋值孔隙率的方法,通过COMSOL有限元分析软件对采空区瓦斯分布规律进行了数值模拟.模拟结果表明:工作面漏风不断流入采空区与瓦斯持续解吸涌出形成了1个动态平衡结果;7433工作面回采至180 m处时瓦斯富集,可以确定瓦斯抽采巷处于裂隙带上,瓦斯抽采巷道内错距离在10～30 m范围时抽采效果达到最优.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)005【总页数】5页(P167-170,174)【关键词】采空区;瓦斯分布;瓦斯抽采;瓦斯涌出;数值模拟【作者】胡延伟;孙路路;江城浩;黄腾瑶;陈连军【作者单位】山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TD712随着我国煤矿开采逐渐向深部发展，地质环境受多种因素影响，瓦斯已经成为威胁煤矿安全生产及工人生命安全的最重要因素[1-3]。
瓦斯抽采是防治瓦斯灾害的主要技术措施之一，但由于相应的瓦斯抽采理论的匮乏以及研究手段的制约，导致采空区瓦斯抽采这一手段的利用相对滞后，尤其是对位于工作面后方的采空区，其具有人员不能进入且很难被常规方法处理的特殊性及困难性，应用模拟仿真的方法来解决这一问题已经成为当前研究领域一种主流研究方法[4-6]，除此以外采空区内的瓦斯涌出运移过程极其其复杂，往往涉及到高阶非线性的偏微分方程，针对以上所提主要问题，采用多物理场仿真模拟软件COMSOL Multiphysics来模拟[7]采空区内瓦斯动态平衡后的分布规律，为确定采空区瓦斯治理提供依据使采空区瓦斯分布规律特征的理论讨论更趋向于完善。
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。
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。
抽采条件下综放采空区漏风流场数值模拟
抽采条件下综放采空区漏风流场数值模拟
苏来旺
【期刊名称】《中国科技信息》
【年(卷),期】2014(000)009
【摘要】通过现场实测抽采条件下综放采空区瓦斯浓度、氧气浓度、工作面压力、采空区遗煤耗氧速度、采空区遗煤瓦斯释放速度、瓦斯抽采量.假定综放采空区为
各项同性的多孔介质,建立综放采空区漏风流场数学模型.本文使用了ANSYS软件
和FLUENT软件,其中ANSYES软件是先用DesignModeler进行三维建模(针对采空区),之后对综放采空区有关参数进行说明,这里运用的是UDF用户自定义函数.采用FLUENT软件(ANSYS环境下)对抽采条件下综放采空区漏风流场进行数值模拟,得出了抽采条件下综放采空区漏风流场规律.
【总页数】4页(P105-108)
【作者】苏来旺
【作者单位】安徽理工大学能源与安全学院,安徽淮南232001;山西汾西矿业集团
有限责任公司,山西介休032000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.黄岩汇矿综放面采空区三维抽采条件下氧浓度数值模拟研究 [J], 朱兴攀;文虎;王凯;乔懿麟
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3.综放采空区漏风流场数值模拟研究 [J], 刘伟华
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5.大倾角坚硬顶板综放面采空区漏风数值模拟 [J], 谢振华
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高瓦斯孤岛工作面采空区流场分布规律数值模拟及应用
高瓦斯孤岛工作面采空区流场分布规律数值模拟及应用谷守生【摘要】为了研究高瓦斯煤层孤岛工作面采空区的流场分布规律，以天池矿15102孤岛工作面为对象，采用FLUENT数值模拟软件，对15102工作面采空区的风流场、氧浓度场、自燃三带以及瓦斯浓度场分布进行了模拟，并根据模拟结果进行了现场应用。
结果表明：与孤岛工作面进风侧相邻的采空区局部存在自燃危险性，通过采用FR-1阻化泡沫灌注采空区，可有效预防15102孤岛工作面采空区浮煤自然发火，保证工作面的安全回采。
%15102 island coal seam is taken as the object in order to study flow field distribution law of face goaf at high gas island. By use of FLUENT numerical simulation software, wind flow field, oxygen concentration field, spontaneous combustion three zones and gas concentra-tion distribution of the goaf of 15102 face are simulated, and the simulation results are put into applications. The results show that the goaf ad-jacent to the air inlet side is of spontaneous combustion risks. Use of FR-1 resistance foam to fill the goaf can effectively prevent 15102 island face from spontaneous combustion, so as to ensure the safe recovery at the mining face.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】3页(P88-90)【关键词】孤岛工作面;自燃;采空区漏风;氧气浓度;阻化泡沫【作者】谷守生【作者单位】山西和顺天池能源有限责任公司，山西晋中 032700【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.2通过大量研究表明:自然发火预测预报和防治(如合理配风量、注氮参数的确定)的基础工作之一就是划分采空区自燃"三带"[1-2].目前,国内外针对单一煤层采空区自燃"三带"划分已经较为完善,但对于高瓦斯煤层开采后形成的孤岛工作面采空区的流场分布以及自燃"三带"的合理划分还需要进一步的研究,这对于保证孤岛工作面安全、高效回采具有重要意义,同时对于探索高瓦斯矿井综放面采空区自燃"三带"分布特征也有重要的理论价值[3-6].采煤工作面采空区的自燃"三带"划分目前通常可以使用理论计算(数值模拟)以及现场仪器监测等方法来确定,现场仪器监测方法通常情况下周期较长,实施工艺也较为复杂,采空区冒落情况也会影响测试结果;然而数值模拟方法计算方便,输入参数后,便可模拟计算不同情况下的结果,能够预先或及时指导工作面的实际开采情况[7-8].本文通过数值模拟方法,以天池煤矿15102工作面为模型,来研究孤岛工作面采空区的流场分布规律以及自燃"三带"分布特征,并根据模拟进行现场应用.研究表明:煤层开采后,采空区内的岩体和松散的煤体均可被视为多孔均匀介质,因此,在整个采空区的计算域内,可以假设流体的密度不变,采空区中的气体流动符合达西定律.采空区中的氧气与浮煤发生复杂的化学反应产生CO2和CO等气体,同时消耗一部分浮煤.另外由于产生与消耗的气体一样,空气质量没有变化,但由于空气中存在浓度差,从而使不同组分的气体按照Fick定律扩散.煤自燃氧化过程通常来说比较缓慢,于是在不考虑能量的条件下,可以假设采空区的气体渗流、扩散与化学反应是一个稳态的过程,符合如下公式[9-13]:式中:x、y、z分别是不同方向的轴坐标,Q是工作面的漏风强度(即单位面积煤岩通过的漏风量),Qx、Qy、Qz分别是漏风强度在x、y、z三个方向上的分量,H是气体的压力(Pa),是绝对渗透率,μ是空气粘性系数,常温下取μ=1.7894X10-5kg/(m.s),是煤的耗氧速度.2.115102 工作面概况天池煤矿15102综放工作面位于15101和15103工作面中间,15101及15103综放工作面先于该工作面开采,15102综放工作面开采时就成为了孤岛工作面.该工作面面长160m,推进方向900m,煤厚4.6~6.2m,平均5.3m.采用综合机械化放顶煤开采技术,采高2.6m,采放比为1:1.04.瓦斯相对涌出量是20.95m3/t,瓦斯绝对涌出量是66.6m3/min,煤层为自燃煤层.2.2 数值模型的建立正确的数值模拟结果需要与现场相同条件的参数设置,因此,通过15102工作面相关参数的测试(结果见表1),结合15102工作面配风量、大气参数、瓦斯涌出情况以及顶板冒落情况等条件,构建采空区的数学模型,并对模型各个参数进行赋值,从而模拟15101、15102和15103工作面的采空区流场分布特征.根据天池煤矿15102采煤工作面的实际情况,同时为了便于模型的建立和合理参数的选取,在尽量与15102工作面实际情况相符合的原则下,数值模型利用FLUENT 里的GAMBIT建模软件来建立.模型分为采空区多孔介质空间渗流部分和工作面自由空间紊流部分.依据15102工作面的实际供风量和模型解算需要,速度入口边界是进风巷,风量2800m3/min,速度3.46m/s;自由出口边界是回风巷及尾巷,其出口风量分别是1500m3/min和1150m3/min,速度分别是2.65m/s和2.03m/s.通过数值模拟可以得到如图1~4所示的采空区气体风速矢量及等值线、氧浓度等值线、自燃三带和瓦斯浓度等值线等分布.由图1可知,由于采动影响,15101采空区、15103采空区与15102工作面之间的煤柱发生破坏存在漏风通道,导致15103和15101采空区有少量来自于15102工作面的漏风流,漏风流速度最大0.00003m/s.从图2可知,由于15102进风巷风压较大,加之采动导致煤柱之间的漏风通道,15102工作面进风巷附近的15103工作面采空区的局部地段氧气浓度超过8%,此处浮煤自燃机率较大;15102工作面回风巷附近的15101工作面采空区氧气浓度较低,最大为5%,此处浮煤不太可能自燃.靠近15102采煤工作面处在瓦斯尾巷和回风巷之间有两道联络巷已打开,上隅角的大部分瓦斯通过这两道联络巷经瓦斯尾巷排出,上隅角瓦斯浓度低于1%.研究表明:一般可以根据氧气浓度等值线(8% ~18%为自燃带),同时结合风速等值线图(0.004~ 0.001%为自燃带)来确定采空区自燃"三带".则由图3可知,回风巷一侧采空区的自燃带与工作面间距是32m~49m,进风巷一侧是27m~49m.15102采煤工作面是一个孤岛面,因此其自燃三带有其较为特殊的方面,15103采空区临近进风巷4m~5m区域的氧气浓度均高于8%,说明该处采空区遗煤有可能发生自燃,而15101采空区内的氧气浓度最大仅为5%,说明该采空区不存在自燃的可能.从4图可知,瓦斯浓度在进风巷和回风巷较近处变化幅度较大,而中间一般较小.瓦斯浓度在5~15%范围的位置,在进风巷一侧与工作面距离为15m~30m回风巷一侧与工作面间距在30m之后.综合图1~4可得到15102工作面采空区遗煤自燃与瓦斯爆炸界限范围如表2所示.针对15102工作面的现场条件,结合数值模拟结果,选用FR-1阻化泡沫来进行堵漏风,同时作为阻化剂防止采空区的遗煤发生自燃,如图5所示.分别从15102采煤工作面两侧巷道,每隔30m向邻近的15103与15101采空区施工φ42mm的钻孔,同时在工作面向采空区施工与进风巷的间距是40m和80m的φ42mm的两组钻孔.所有钻孔均要进入采空区,每个钻孔日注泡沫不小于2h.15102工作面在2009年12月底到2010年12月共推进900m,平均日推进度2.5m,月推进度75m.在该工作面开采期间,通过应用采空区气体监测、控制风量、采空区两顺槽砌筑隔离档墙、注液体阻化泡沫等综合预防措施,15102回风巷的瓦斯浓度在0.11%~0.8%之间,平均为0.48%,回风巷、尾巷的CO浓度在0~0.0014%,说明采用FR-1阻化泡沫灌注采空区的防灭火技术能有效预防15102孤岛工作面采空区浮煤自燃.由于现场测定工艺复杂、周期较长,通过数值模拟可以较为准确的模拟孤岛工作面采空区的流场分布规律,为工作面防灭火工作和瓦斯治理提供指导.(1)15102孤岛工作面的相邻两工作面都会出现漏风现象,但漏风量不大.15103采空区内靠近15102进风顺槽的部分氧气浓度在8%以上,这部分采空区浮煤有出现自燃的可能,15101采空区遗煤没有自燃危险.(2)工作面进风巷一侧采空区的自燃带与工作面间距是27m~49m,回风巷一侧是32m~49m.瓦斯浓度在5%~15%范围的位置,在进风巷一侧与工作面距离为15m~30m回风巷一侧与工作面间距在30m之后.(3)采用FR-1阻化泡沫灌注采空区的防灭火技术能有效预防15102孤岛工作面采空区浮煤自然发火和可能引发的瓦斯爆炸,从而保证了15102采煤工作面的安全开采.【相关文献】[1]杜志刚.大规模采空区煤炭自燃与防治关键技术研究[J].中国安全生产科学技术,2012,8(增):15-18.[2]李宗翔,吴强,肖亚宁.采空区瓦斯涌出与自燃耦合关系基础研究[J].中国矿业大学学报,2008,37(1):38-42.[3]李化敏,王文,熊祖强.采动围岩活动与工作面瓦斯涌出关系[J].采矿与安全工程学报,2008,25(1):11-16.[4]曹代勇,樊新杰,吴查查,等.内蒙古乌达煤田火区相关裂隙研究[J].煤炭学报,2009,34(8):1009-1014.[5]赵聪,陈长华.基于模糊渗流理论的采场自然发火[J].辽宁技术工程大学学报(自然科学版),2009,28(S):31-33.[6]褚廷湘,余明高,杨胜强,等.瓦斯抽采对U+Ⅱ型近距离煤层自燃的耦合关系[J].煤炭学报,2010,35(12):2082-2087.[7]徐精彩.煤自燃危险区域判定理论[M],北京:煤炭工业出版社,2001.[8]崔凯,张东海,杨胜强.采空区遗煤自燃带确定及风流场数值模拟[J].山东科技大学学报(自然科学版)2002,21(4): 88-92.[9]文虎.综放工作面采空区煤自燃过程的动态数值模拟[J].煤炭学报,2002,27(1):54-58.[10]张辛亥,刘灿,周金生,等.综放面采空区流场模拟及自燃危险区域划分[J].西安科技大学,2006(26)1:6-9.[11]吕文陵,杨胜强,徐全,等.高瓦斯矿井孤岛综放采空区遗煤自燃综合防治技术[J].中国安全生产科学技术,2010,6 (5):60-64.[12]谢军,薛生.综放采空区空间自燃三带划分指标及方法研究[J].煤炭科学技术,2011,39(1):65-68.。
综放采空区瓦斯流动规律数值模拟研究
山西煤炭 Ｓ ＮＸＩ ＨＡ ＣＯＡ Ｌ
Ｖ １３ ＮＯ． １ ｏ． １ １ Ｎｏ ．２ ｖ ０１ １
文章编号 ：６ ２ ５ ５ （０ １ １－ ０ ７ ０ １７ — ０ ０ ２ １ ） １０ ５ — ３
综 放 采 空 区 瓦 斯 流 动 规 律 数 值 模 拟 研 究
ｌ
ａ ｔ
（
ｄ ｘ
＋ ） 一ｍ ｄ： （ （ ＿ ａ － ＋（
ａ ｙ ａ ｚ ａ ｘ
ａ） ） ）Ｐ ｗ （ｗ 軎（ｗ ＋ ａ ＋ ａ 一 ＋ ａ
式中 ： Ｐ是静 压 力 ； Ｆ是质 量力 ，包 含 附加 的 动量 损
采 空 区瓦斯 流 动 非 常复 杂 ， 受 多种 因素 的影 它 响 ， 漏风 、 如 温度 、 力 、 浮 瓦斯 密度 以及 采 空 区孔 隙 率等 。 因此 ， 究 瓦斯 在 采 空 区 的流动 ， 需 要做 一 研 先
范红 伟
（ 山西煤炭职业技术学 院 ， 山西
摘
太原
００ ３ ） ３ ０ １
要 ： 用 Ｆｕｎ 模 拟软 件 ， 采 ｌｅｔ 选择 标 准双 方 程模 型 ， ｕ 型 和 Ｕ＋ 对 Ｌ型 通 风 方 式 下 综放 采 空 区 瓦斯 流 动 进 行 数 值
模拟 ， 究其分布规律 。模拟 结果表明 ： 研 在走向方向上 ， 自然堆积 区到压 实稳 定区， 从 在倾斜方向上， 从进风侧到 回风侧 ， 在垂直方向上 ， 从底板到断裂带最上部 ， 瓦斯 浓度逐渐增大 ； 隅角瓦斯 浓度 由 ｕ 型的 １％下降到 了Ｕ＋ 上 ３ Ｌ型的 ０６ ． ％左 右， 大大降低 了上隅角瓦斯浓度 ， 有效 的解决 了瓦斯超限 的问题。
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ａ ｌ ｗ ｏ ｎ ｄ —ｕ ｒ ａ ｎ ｅ ｈ ｎ Ｌ ｖ ｎ ｉ ｔ ｎ ｗ ｓ ｓｍｕ ａ ｅ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｇ ｓ ｆ ｆ ｍｉ ｅ — ｔ ａ ｅ ｓ ｕ ｄ ｒ ｔ ｅ Ｕ ａ ｄ Ｕ＋ ｅ ｔ ａｉ ａ ｉ ｌ ｔｄ ｗｉ ｏ ｏ ｌ ｏ ｈ ｓ ｎ ａ ｄ ｔ ｏ —ｑ ａｉ ｎ ｍｏ ｅ ｔ ｌ ｅ ｔｓ ｆ ａ ｅ ａ ｄ ｉ ｉｔ ｂ ｔ ｎ ｗａ ｔ ｄ ｅ ． ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｔ ｄ ｒ ｗ — ｕ ｔ ｄ ｌｗｉ Ｆ ｕ ｎ ｏｔ ｒ ｎ ｔ ｄ ｓ ｉ ｕ ｉ ｓ ｓ ｉｄ Ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｅ ｕ ｔ ａ ｅ ｏ ｈ ｗ ｓ ｒ ｏ ｕ ｏ ｓ
倾斜高瓦斯煤层抽采条件下采空区漏风规律数值模拟
第41卷第1期西安科技大学学报2021年1月JOURNAL OF XV AN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vci.41No.6 Jan.2021姜亦武，杨俊生,赵鹏翔，等•倾斜高瓦斯煤层抽采条件下采空区漏风规律数值模拟[].西安科技大学学报,2021,41(1):46 -542JIANG Yiwu,YANG JunsUeng,ZHAO Peohxiang, et at.Numeric a t simulation of air leak a ye law in goU under gas extraction of inclined high gas coot seam[J].Journai of Xi'an University of Science and TechnoWay,2021,41(1)：46-54.倾斜高瓦斯煤层抽采条件下采空区漏风规律数值模拟姜亦武4,杨俊生4,赵鹏翔3,贺海瑞4,郝建池3,杨雪凤4(8兖矿新疆能化有限公司新疆乌鲁木齐830002；2.兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿，新疆昌吉83112；3.西安科技大学安全科学与工程学院，陕西西安710054)摘要：为研究高瓦斯易自燃煤层采空区漏风规律，运用理论分析及数值模拟相结合的方法，开展不同伪斜长度、有无高位钻孔布置以及不同抽采负压条件下采空区氧浓度分布及漏风速率研究。
结果表明：无伪斜工作面的氧浓度减小速率大于有伪斜工作面，有伪斜工作面进风侧漏风速率明显大于回风侧，但中部漏风速率均大于工作面两侧；采空区布置高位钻孔抽采瓦斯时，其回风侧漏风程度明显增大，同时增加了3%~15%氧浓度的分布范围,但对进风巷道内氧浓度的变化规律几乎无影响。
增大抽采负压时，采空区漏风流场整体向回风侧加大，采空区漏风流场与抽采负压变化成正比，但整体漏风流场宽度基本保持一致。
同时，增大抽采负压对回风侧氧浓度分布范围起到极大的促进作用，其氧化升温带增大12~23m。
采空区高位钻孔抽放瓦斯的数值模拟
在 高瓦斯 煤 层综 采 过 程 中 ， 回采 工 作 面经 常 发
生 瓦斯 超 限问题 ， 而 瓦 斯 超 限 的原 因在 于 工作 面煤 壁、 落 煤瓦斯 涌 出 以及 采空 区瓦 斯涌 出 ， 其 中采 空 区
瓦斯 涌 出是 瓦斯 超 限 的主 要 因 素 。因 此 ， 对 采空 区 瓦斯 进行抽 放是 保 障煤矿ｌ Ｓ ｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｇａ ｓ Ｄｒ ａ ｉ ｎａ ｇ ｅ ｗｉ ｔ ｈ Ｈｉ ｇ ｈ－ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ Ｂｏ ｒ ｅ ｈｏ ｌ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｇｏ ｂ
Ｗｕ Ｐｅ ｎ ｇ ｈ ｕｉ ， Ｓ ｕ ｎ Ｂａ ｏ ｘ ｕ ｅ
为 一６ ０ ０～一 ６ ５ ０ ｍ。煤层厚 度 ２ ． ２～７ ． ２ ｍ， 平 均 厚
４ ． ６ ｍ。煤层 结 构简单 ， 煤层 黑 色 ， 强 玻璃 光泽 ， 中一
宽条 带状结 构 ， 亮煤 为 主 ， 夹 矸 为 ｌ层厚 ０ ． ４ ５ ｍ 的
泥岩 ， 夹矸 下 为厚 ３ ． ６ ５ ｍ 的煤 ， 煤 层倾 角 ２ 。 ～ｌ ０ 。 ， 平均 倾角 ５ 。 。该 工 作 面 采 用 走 向长 壁 一 次 采 全 高 后退 式综 合 机 械 化 采 煤 法 ， 全部垮 落法控制顶板。 该工 作 面 布 置 了 ３条 巷 道 ， 为“ 两 进 一 回” 通 风 方
（ Ｓ ｈ ｏ ｕ ｓ ｈ ａ ｎ Ｎ ｏ ． １ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ ｉ ｎ Ｐ ｉ ｎ ｇ ｂ ａ ｏ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｐ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｘ ｕ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ４ ５ ２ ６ ７ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
煤矿采空区瓦斯抽放技术数值模拟
煤矿采空区瓦斯抽放技术数值模拟
张建业;陈举师;孙新;廖彬彬
【期刊名称】《煤炭科技》
【年(卷),期】2015(000)004
【摘要】基于地方中小型高瓦斯矿井的实际,应用数值模拟方法优化瓦斯抽放方法.应用FLUENT建立了模型,对回采工作面采空区瓦斯运移和浓度分布规律进行了模拟,得出了采空区瓦斯自工作面深入到采空区内部、采空区自进风巷到回风巷、垂向3个方向的瓦斯运移和浓度分布规律,为在工作面上隅角部位抽放采空区瓦斯提供了依据.结果表明:抽放负压取-100Pa时,上隅角瓦斯浓度和抽放管路内随抽放管口位置的变化呈规律性变化,将抽放管口布置在沿倾斜方向距离回风巷1 m、距离底板垂高2m、沿走向深入采空区4m处取得最好效果,上隅角瓦斯浓度降低至1.1％.上隅角采取封堵措施后,上隅角瓦斯浓度进一步降低至0.7％,符合安全规程要求.
【总页数】4页(P25-28)
【作者】张建业;陈举师;孙新;廖彬彬
【作者单位】中国船舶科学研究中心,江苏无锡214082;北京科技大学土木与环境学院,北京100083;中国船舶科学研究中心,江苏无锡214082;中国船舶科学研究中心,江苏无锡214082
【正文语种】中文
【中图分类】TD712
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3.临涣煤矿Ⅱ923工作面采空区瓦斯抽放技术研究 [J], 苗之广
4.煤矿采空区瓦斯抽放数值模拟研究 [J], 史小军
5.大隆煤矿采空区瓦斯抽放数值模拟与参数确定 [J], 李宗翔;罗晓东;邵柏库;石振文;刘洪博
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综放面采空区瓦斯流场特征的数值模拟研究
径２ ０ ０ ｍｍ铁花 管 ， 外裹 窗纱 ， 插 入 上 隅 角深 度 不 小
于２ ｍ， 距 回风 巷 上 帮 不 小 于 ０ ． ８ ｍ， 距 顶 不 大 于 ０ ． ３ ｍ， 抽放 负 压为 １ ３ ｋ Ｐ ａ 。
２ ０ １ ３ 年第 ６ 期
中 州 煤炭
总第 ２ １ ０期
综 放 面 采 空 区 瓦 斯 流 场 特 征 的 数 值 模 拟 研 究
刘彦臣 ， 王 兵建
（ １ ． 河 南 大有 能 源股 份 有 限 公 司 ， 河南 义马 ４ ７ ２ ３ ０ ０ ； ２ ． 河 南 理 工 大 学 能 源 科 学与 工 程 学 院 ， 河南 焦作 ４ ５ ４ ０ ０ ０ ）
上 隅角 瓦 斯抽 放 的 效 果 及 其 对 采 空 区 瓦 斯分 布 的 影 响 特 征 ， 得 到 了采 空 区 沿 工 作 面 走 向、 倾 向和 竖 向 ３个 不
同方 向上 瓦斯 浓度 的 分 布 规 律 。 研 究表 明 ， 上 隅 角 采 空 区用 １ ３ ｋ Ｐ ａ的 负 压 进 行 铺 管 抽 放 ， 采 空 区 内最 高 瓦 斯浓度下 降 了５ ０ ％， 可 以有 效 解 决 上 隅 角 瓦 斯 超 限 问题 ； 由于 瓦 斯 上 浮 ， 在 采 空 区高 度 方 向上 存 在 高 瓦斯 区
茎 兰茎 墨 ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ 型 兽 塑岩 巷 匝 安全硐室
联络巷 形水仓 】 互
分 析采 空 区瓦斯 涌 出后对 采空 区瓦斯进 行 抽放 提供
科学 依据 。
１ 工 作 面 概 况
１ ４ ２ １ １ 工 作 面所采 的二 煤 层 平 均厚 ４ ． ０ ｍ， 容 重１ ３ ． ９ ｋ Ｎ ／ ｍ 。 ， 煤层平均倾 角 ７ 。 。工 作 面 位 于 ｌ ４ 采 区下 山东 翼 下 部 ， 上邻 １ ４ １ ９ １工 作 面 （ 已 回 采 结 束） 区段 煤柱 ， 下邻 １ ４ ２ ３ １ 工作面（ 未 圈定 ） ； 东邻 １ ４ 与１ ２采 区保 护 煤 柱 ； 西邻 １ ４采 区 下 山保 护 煤 柱 。 地 面标高 平 均 ＂ ４ － ５ ５ ０ ｍ， 工 作 面 标 高 平 均 一１ ７ ｍ， 平 均埋 深 ５ ６ ７ ｍ。直 接顶 抗 压 强 度 为 ８ ０ ＭＰ ａ ， 直 接 底
采空区高位钻孔抽放瓦斯的数值模拟
采空区高位钻孔抽放瓦斯的数值模拟吴彭辉;孙宝学【摘要】在多孔介质渗流理论基础上,通过对高位钻孔抽采进行研究,采用Fluent 软件模拟高位钻孔深入采空区长度分别为25,35,45,55 m时的钻孔抽采情况.结果表明:高位钻孔深入采空区长度为35 m时,钻孔抽采效果最佳.现场实测数据验证表明,高位钻孔最佳抽采时深入采空区长度为34 m,与模拟结果基本一致,验证了模拟结果的正确性.【期刊名称】《中州煤炭》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】3页(P42-44)【关键词】高位钻孔;渗流理论;数值模拟;瓦斯浓度;采空区【作者】吴彭辉;孙宝学【作者单位】平煤股份平宝公司首山一矿,河南许昌452670;平煤股份平宝公司首山一矿,河南许昌452670【正文语种】中文【中图分类】TD712.6在高瓦斯煤层综采过程中，回采工作面经常发生瓦斯超限问题，而瓦斯超限的原因在于工作面煤壁、落煤瓦斯涌出以及采空区瓦斯涌出，其中采空区瓦斯涌出是瓦斯超限的主要因素。
因此，对采空区瓦斯进行抽放是保障煤矿安全生产的重要手段。
目前，许多学者对采空区瓦斯抽放进行了大量研究[1-12]。
为了确定高位钻孔最佳布孔位置，笔者利用Fluent前置处理器建立三维物理模型，模拟钻孔深入采空区不同长度时的抽采情况，通过分析比较得出钻孔抽采最佳时钻孔深入采空区的长度。
1 工作面概况首山一矿己15-12030工作面走向长1 244 m，倾斜长178 m，面积为260 988 m2。
该工作面位置对应地面标高为+130～+180 m，工作面煤层底板标高为-600～-650 m。
煤层厚度2.2～7.2 m，平均厚4.6 m。
煤层结构简单，煤层黑色，强玻璃光泽，中—宽条带状结构，亮煤为主，夹矸为1层厚0.45 m的泥岩，夹矸下为厚3.65 m的煤，煤层倾角2°～10°，平均倾角5°。
该工作面采用走向长壁一次采全高后退式综合机械化采煤法，全部垮落法控制顶板。
超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术数值模拟研究
超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术数值模拟研究超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术数值模拟研究摘要：随着煤矿采煤工作的不断深入，瓦斯问题日益凸显。
为提高煤矿瓦斯治理的效果与采取防护性措施，本研究利用数值模拟方法，探究超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术对煤矿瓦斯治理的可行性。
1 引言煤矿瓦斯是一种常见的的煤矿安全隐患，它的主要成分是甲烷，具有高度易燃与爆炸性。
在煤矿开采过程中，深部采煤将更多的地下瓦斯释放到采空区，导致瓦斯积聚的风险加大。
因此，寻找高效、安全的瓦斯治理技术为保障煤矿生产秩序和矿工生命财产安全具有重要意义。
2 数值模拟研究方法2.1 模拟软件选择本文采用Fluent软件进行数值模拟。
Fluent具有强大的计算能力，能够对复杂的流体和气体运动进行数值分析。
2.2 模拟条件设定本文选择某煤矿采空区为仿真对象，建立相应的几何模型，模拟采空区瓦斯扩散过程。
根据实际情况，设定初始条件，如瓦斯的初始浓度、压力，以及温度等。
通过设定边界条件，模拟采空区瓦斯与周围环境的交换。
2.3 数值模拟计算在模拟过程中，采用计算流体力学（CFD）方法对瓦斯的流动与扩散进行数值模拟。
通过对流动场、速度场和浓度场的计算与分析，揭示超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术的可行性和治理效果。
3 数值模拟结果与分析3.1 瓦斯浓度分布研究发现，超大直径钻孔抽采技术能够有效地降低采空区的瓦斯浓度。
通过数值模拟计算，得到了不同时间点采空区内瓦斯浓度的分布情况。
结果表明，施加超大直径钻孔抽采技术后，采空区内瓦斯浓度呈现出明显的降低趋势。
3.2 瓦斯运移路径数值模拟结果还显示了瓦斯在采空区内的运移路径。
钻孔抽采技术可以形成明显的气流通道，有效地将瓦斯引往钻孔出口，从而实现瓦斯的抽采与排放。
4 结论本研究采用数值模拟方法，探究超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术在瓦斯治理中的应用可行性。
数值模拟结果显示，该技术能够有效地降低采空区的瓦斯浓度，并形成明显的瓦斯运移通道。
尾巷瓦斯抽采下采空区煤自燃升温的数值模拟
考虑因素较多不便于应用到数值模拟中。Ｓ ｉ 和 Ｇａ ｅ 进行 了大煤样 的绝热反应实验 ， ｍｔ ｈ ｌ ｓｒ ｓ 并根据热量平
收 稿 日期 ： ０ １— ６—１ ２１ ０ ５
基金项 目：国家 自然科学基 金项 目（ １７ １８ ５ ０４ ６ ） 通讯作者 ： 红青 （ ９９一） 男 ， 朱 １６ ， 湖南 双峰人 ， 教授 ， 士生 导师 ， 博 主要 从事矿井通 风 、 火灾与瓦斯 防治理论 、 山重大灾害救 援技术 矿 等方面的研究工作 ．
ｃ 为煤体 中活化位置浓度的无量纲参数 ； ｍ分别是关于氧气和煤的反应级数。 。 和 活化位置浓度 ［ 。 ］ ｃ。 是 １ 个抽象参数 ， 通常与煤样的粒径、 比表面积等煤样 自身性质有关 。这里 引
速度 。王树 斌 ， 苗应 星从 工程 实践 角度 分 析 了高 瓦斯 矿 井 采 空 区煤 自燃 的特 点 和 治 理难 点 ， 定 了采 确 用含 氮气 三相 泡 沫是解 决 自燃 与 瓦斯共存 条 件下 进行 火 区治 理 的有 效 办法 ］ 。 目前 为止 ， 于抽 放条 件下 采 空 区升 温 规律研 究 还鲜 有 报 道 。 由于采 空 区 内部 气体 参数 及 温 度 变化 对 很 难 通过 仪器 直接 测量 ， 且 小 尺 寸 的 相似 材 料 试 验无 法 反 映 实 际 的采 空 区 的 氧化 环 境 和 整 体 放 热 能 并
的耦合规律 。褚廷湘 ， 明高 ， 余 杨胜强等研究了 ｕ＋ Ｉ Ｉ型通风方式下瓦斯抽采与煤 自燃之 间的关系， 提
出加 剧 采空 区浮 煤加 速 氧 化 的原 因主 要 来 自瓦 斯 抽 采 提 供 的漏 风 动力 及 上 覆 岩 层 发 育 提 供 的漏 风 通
道 。张辛亥 ， 陈曦等根据综作面的极限推进
瓦斯抽放条件下采空区流场数值模拟
瓦斯抽放条件下采空区流场数值模拟康雪;梁军;姚亚虎;王麒翔;覃木广【摘要】针对采空区内埋管、瓦斯尾巷、高位瓦斯巷这三种采空区瓦斯治理方法，基于矿井通风理论、多孔介质渗流理论，建立了采空区流场计算模型，通过数值模拟，研究了三种瓦斯抽放方法的抽放效果以及对采空区流场的影响范围，并为瓦斯抽放过程中的采空区火灾防治提供有效的建议。
%In view of the gas control method of buried pipes in goaf, gas tail lane and high-order gas lane, and based on the theory of mine ventilation and porous media seepage theory, the goaf flow field calculation model is established. Through numerical simulation, the effect of the three methods of gas drainage and their influence on the goaf flow field are studied, and effective suggestions are put forward for the fire prevention and control in mined-out area in the process of gas drainage.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2015(000)013【总页数】2页(P57-58)【关键词】采空区;瓦斯抽放;流场;自然发火;数值模拟【作者】康雪;梁军;姚亚虎;王麒翔;覃木广【作者单位】中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037;中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037;中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037;中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037;中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037【正文语种】中文【中图分类】TD7121 采空区瓦斯分布及运移规律采空区内风流流动主要分为紊流区、层流区、静止区三个区域。
回采面上隅角埋管抽放采空区瓦斯数值模拟
回采面上隅角埋管抽放采空区瓦斯数值模拟
谢振华;张建业;孙凯
【期刊名称】《应用基础与工程科学学报》
【年(卷),期】2011()S1
【摘要】针对中小型高瓦斯矿井的实际情况,采用数值模拟确定提高瓦斯抽放效率的方案.按照渗流力学的方法将采空区视为连续的渗流空间,采用GAMB IT建立采空区计算几何模型.确定了冒落带的孔隙率和黏性系数.采用FLUENT软件对采空区瓦斯涌出量及埋管抽放瓦斯进行数值模拟,得到了采空区沿工作面走向、倾向和竖向3个不同方向上瓦斯浓度的分布规律,以及埋管抽放采空区瓦斯的最佳参数.模拟结果表明,在抽放管路压力为-100Pa时,抽放管路内和上隅角瓦斯浓度随着抽放位置的变化呈现规律性.当抽放位置距底板垂高2m、沿倾斜方向距回风巷道1m、沿走向深入采空区4m时,瓦斯抽放效果最佳,上隅角瓦斯浓度降至1.1%.上隅角区域采取封堵措施后,上隅角瓦斯浓度降至0.7%.
【总页数】8页(P230-237)
【关键词】采空区;瓦斯抽放;数值模拟;上隅角;封堵措施
【作者】谢振华;张建业;孙凯
【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】N
【相关文献】
1.高瓦斯矿井回采工作面上隅角瓦斯抽放专用尾巷设计及效果浅析 [J], 张青洪
2.高瓦斯综采工作面上隅角瓦斯抽放与采空区自然发火位置的关系分析 [J], 陈长华;赵聪;杨羽
3.U型工作面上隅角埋管瓦斯抽采数值模拟研究 [J], 李英明;杨明东;付永刚
4.回采采空区上隅角瓦斯抽放的数值模拟与参数确定 [J], 李宗翔
5.采空区埋管抽放技术在U型通风系统工作面上隅角瓦斯治理应用研究 [J], 莫达彪;张景钢
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瓦斯抽放条件下采空区流场数值模拟
摘要：针对采空区内埋管、瓦斯尾巷、高位瓦斯巷这三种采空区瓦斯治理方法，基于矿井通风理论、多孔介质渗流理论，建立了采空区流场计算模型，通过数值模拟，研究了三种瓦斯抽放方法的抽放效果以及对采空区流场的影
响范围，并为瓦斯抽放过程中的采空区火灾防治提供有效的建议。
关键词：采空区；瓦斯抽放；流场；自然发火；数值模拟
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：
1006-4311（2015）13-0057-02
1 采空区瓦斯分布及运移规律
采空区内风流流动主要分为紊流区、层流区、静止区三个区域。
每个区域空间大小主要由漏入采空区风量的大小、工作面长度、开采高度等因素决定的。
由于采空区内气体流动缓慢，因此混合气体内瓦斯浓度的分布处于一种相对比较稳定的动态平衡状态，其具体表现为采空区瓦斯浓度由工作面向深部以及由底板向顶部冒落带方向上的逐渐增大，因此造成在采空区内存在着一个等瓦斯浓度的曲面梯度[2，3]。
由于在采空区内既有采动空隙，同时存在着原有围岩空
隙，因此瓦斯气体在采空区内的运动主要表现为煤块内解析、低雷诺数流动以及煤岩采动空隙系统内的大雷诺数流动[4]。
在邻近层区域围岩空隙内的气体流动主要是单一的瓦斯气
体流动，而冒落带内则是空气与瓦斯混合气体的流动。
2 采空区流场数学模型
2.1 理想混合气体状态方程
采空区内的混合气体由瓦斯、空气组成，在混合气体中，为方便简历模型，首先假设气体分子没有体积，各分子之间也无作用力，即将其假设为理想气体，由各种理想气体混合在一起所形成的气体即为理想混合气体。
理想混合气体的状态方程：
式中：P为外界绝对压力，Pa；
V为混合气体的体积，m3；
m为混合气体的质量，kg；
M为混合气体的摩尔质量，kg/mol；
R0为普适气体常数，R0=8.31J/（mol?K）；
T为外界绝对温度，K。
2.2 采空区混合气体流动方程
将采空区内空隙视为连续的渗流空间，通过引入空度因子，并忽略各组分气体由于分子质量不同所引起的气体密度变化与紊流效应，然后运用质量守恒定律、N-S方程，推导
可得：
式中：ui、uj为气体渗流速度分量，m/s；
gi为气体加速度分量，m/s2；
p为气体压力，Pa；
μ为运动粘性系数，kg/（m?s）；
Fi为各组分气体的流动阻力，Pa/m，Fi=Ci？籽uuiSAi。
其中Ci为各组分气体在空隙空间内的阻力系数，SAi为各组分气体混合空间的上游面积。
采空区内各组分气体的流动与扩散过程可视为三维动
态弥散过程，主要由机械弥散发挥作用。
根据质量守恒定律和Fick扩散定律，建立采场中混合气体的动力弥散方程：式中：c为采空区内混合气体浓度，g/m3；Di，j为动力弥散系数的九个分量，m2/s；ui为平均流速向量的分量，m/s；Ic为源汇项，g/m3?s。
稳定状态下混合气体的弥散微分方程：
式中：ui为混合气体的流速，它与渗流速度之间的关系式为q=n?ui，其中n为介质孔隙率。
3 采空区风流场数值模拟
3.1 采空区建模及网格划分
模拟实验过程中建立的采空区二维模型具体参数如下：采空区沿走向长度为100m，采煤工作面长度为160m，工作面宽度为8m。
对所建立的二维数值模型进行网格化，网格尺寸为1m×1m，网格总数为17600个。
模拟过程中进风巷
内风速取V入=1.5m/s，模型的出口边界设定为自由出口，同时在采空区内设置了9个监测点，用以检测不同位置出的风流速度。
3.2 采空区流场数值模拟
数值模拟中忽略矿井周期来压等特殊情况，只针对采空区未进行瓦斯治理、采空区设置瓦斯尾巷、瓦斯抽放管、高抽巷时对采空区风流分布的影响，针对不同模拟方案的条件设置如下：
①采空区未进行瓦斯治理模拟中，整个采空区的孔隙率分布视为均匀分布，取n=0.30（下同）。
②采空区设置瓦斯尾巷模拟中，瓦斯尾巷位于采空区回风侧距工作面30m处。
③采空区埋设瓦斯抽放管模拟中，抽放管口位于采空区回风侧距工作面20m处。
④采空区设置瓦斯抽放管模拟中，高抽巷位于采空区回风侧距回风顺槽30m、距工作面30m处。
针对以上四种方案，分别对采空区流场分布情况进行数值模拟，同时监测模拟各方案时9个监测点上的风速大小，记录于表1。
4 结论
①瓦斯尾巷、抽放管、高抽巷都能有效排放采空区瓦斯，其中高抽巷对采空区流场影响范围最大，抽放效果最好；
②实施瓦斯抽放后，采空区风流分布有明显变化，即抽放会影响采空区内部的风流流动，且受抽放口的影响，工作面中后部的采空区风速有变大的趋势，抽放位置距工作面越远，漏风流影响范围越大，从而扩大了对采空区遗煤自然发火影响的区域；
③深部位置的瓦斯抽放导致了采空区漏风范围扩大，为采空区遗煤充分供氧，促使自燃氧化范围扩大，增加了采空区自燃的危险性，这不仅表现在自然发火期的缩短上，也致使自燃高温区范围扩大，因此在制定具体的瓦斯抽放方案时，须制定相应的防止采空区自然发火措施，尤其是针对瓦斯抽放所影响的流场区域须加强管理。
参考文献：
[1]黄伯轩.采场通风与防火[M].北京：煤炭工业出版社，1991：16-20.
[2]秦跃平，宋宜猛.回采过程中采空区瓦斯运移数值模拟研究[J].矿业工程研究，2009，24（4）：26-29.
[3]俞启香.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制方法[J].西北煤炭，2007，5（2）：3-7.
[4]陈长华.基于模糊渗流理论的采场自然发火位置预测
模型及其相似材料模拟研究[D].辽宁：辽宁工程技术大学，2004.。