采空区瓦斯涌出源位置对瓦斯浓度及自燃带分布的影响

利用Fluent软件,对采空区瓦斯为采空区整个区域涌出和上、下临近层及底板遗煤处同时涌出两种情况下的流场进行了数值模拟,并分析了采空区瓦斯体积分数及自燃带分布规律。结果表明:当采空区整个区域瓦斯涌出时,采空区瓦斯体积分数由底板到顶板垂直方向上呈逐渐升高的趋势;当上、下临近层及底板遗煤处瓦斯同时涌出时,采空区瓦斯体积分数在靠近底板和顶板位置处较高,中间区域处较低。与采空区整个区域瓦斯涌出相比,当上、下临近层及底板遗煤处瓦斯同时涌出时,在采空区底板处,自燃带更靠近工作面;在采空区底板和顶板中间位置处,自燃带远离工作面;在采空区顶板处,自燃带位置几乎没有变化。     

保护层开采工作面采空区瓦斯分层治理

为实现保护层开采工作面生产过程中瓦斯不超限,在分析工作面瓦斯来源的基础上,提出了保护层开采工作面竖向分层治理瓦斯的思路。根据相似模拟结果,分析了采空区瓦斯流动范围和流动范围内孔隙率、风阻分布特征。采用数值模拟分析了Y型通风、Y型通风+采空区埋管及Y型通风+采空区埋管+高抽巷+高位钻场3种瓦斯治理方式下采空区瓦斯体积分数场,结果表明:采空区瓦斯体积分数在竖直方向和水平方向均具有典型的递变特征,距工作面越远,距煤层越高,瓦斯体积分数越大;合适位置的煤层顶板高抽巷对抽采来自上邻近层的瓦斯具有较好的效果,试验条件下高抽巷抽采瓦斯量达到了总量的36.4%~63.6%;沿充填墙的采空区埋管不能完全拦截下层采空区进入沿空巷的采空区瓦斯,随沿空巷长度增加,瓦斯体积分数增大,建议沿空巷长度控制在250 m范围内。     

风筒出口位置对掘进工作面瓦斯分布的影响

根据计算流体动力学(CFD)理论,运用Fluent软件对掘进工作面的风流流场及瓦斯分布进行数值模拟,研究了在断面形状为梯形的掘进巷道中,瓦斯从掘进迎头和巷道两帮均匀涌出时,风筒出口离掘进迎头的距离对掘进巷道中风流流场和瓦斯分布的影响.结果表明: 压入式局部通风掘进巷道工作面风流从风筒出口流出后,沿风流方向瓦斯浓度逐渐增大,在靠近迎头处巷道两帮底部和顶部瓦斯浓度较高;随着瓦斯涌出量的增加,由于高浓度瓦斯密度降低而产生的上浮力的作用,在靠近迎头的上部区域发生瓦斯沿顶板逆风流方向流动的现象;上浮力的作用会改变流场的分布状况,在靠近迎头处产生涡流;风筒出口离掘进迎头越近,风流到达迎头时携带的瓦斯量越少,且迎头处的风速越大,靠近迎头区域中的瓦斯浓度越低.     

综采支架对采空区漏风及瓦斯分布规律的影响

基于多孔介质渗流理论和多组分气体渗流-扩散方程,分别建立有、无综采支架时的采空区渗流和组分传输数学、物理模型,利用Fluent软件,模拟了有、无综采支架两种情况下工作面向采空区的漏风量以及采空区瓦斯体积分数分布规律,分析了综采支架对数值解算结果的影响。结果表明:有综采支架时工作面向采空区漏风量的解算结果明显小于无综采支架时工作面向采空区漏风量的解算结果;在采空区进风侧,有综采支架时瓦斯体积分数的解算结果与无支架时瓦斯体积分数的解算结果相比差别不明显;而在采空区回风侧,有综采支架时瓦斯体积分数的解算结果明显高于无支架时瓦斯体积分数的解算结果,且有综采支架时在采空区回风侧靠近底板处解算得到的瓦斯体积分数更高。     

回采工作面及采空区瓦斯运移的数学模型及数值模拟研究

为更真实可靠地还原回采工作面及采空区内流场和瓦斯场的分布特征,基于回采工作面和采空区不同的介质属性,并考虑瓦斯扩散能力的差异,建立了各自的强耦合多物理场数学模型,并给出了瓦斯涌出所满足的质量通量边界条件。采用COMSOL Multiphysics构建了强耦合的自由和多孔介质流动以及自由和多孔介质稀物质传递等物理场,以龙煤矿业集团股份有限公司双鸭山分公司的东保卫井田二水平一采区36号煤-570左面为研究对象,研究了回采工作面及采空区稳态下的瓦斯运移特征。结果表明:采空区浅部瓦斯体积分数较小但梯度较大,且随着采空区向深部延伸,瓦斯体积分数的梯度逐渐降低,但其数值逐渐增大并趋于稳定;另外,采空区内实测的瓦斯体积分数分布与数值模拟结果具有较好的一致性,验证了建立的回采工作面及采空区瓦斯运移的数学模型和数值模型的可靠性和准确性。     

采空区瓦斯涌出的回采速度效应分析

为了深入了解煤层开采时工作面回采速度对采空区瓦斯涌出的影响,提高矿井采空区瓦斯治理能力,保障矿井安全生产,通过建立数学模型并采用COMSOL有限元分析软件建立不同回采速度采空区瓦斯涌出模型,开展数值模拟试验,研究不同回采速度下采空区瓦斯涌出规律及分布情况。结果表明:不同回采速度下采空区相同深度的瓦斯浓度呈梯度增长;通过对现场采空区回采速度数据进行归类平均后,降低其他因素对采空区瓦斯涌出的影响后,采空区瓦斯涌出量与回采速度线性相关性从0.60提高至0.94,表明回采速度越快,采空区瓦斯涌出速度越快,采空区瓦斯涌出量越大。研究结果揭示了煤层开采过程中回采速度对采空区瓦斯涌出的影响规律,为现场优化回采速度及抽采参数提供了理论指导。     

瓦斯抽采下沿空留巷工作面采空区漏风机制研究

漏风对煤自燃有重要影响,研究漏风形成机制对工作面采空区防火具有重要的作用。针对采空区瓦斯抽采、上覆围岩裂隙发育对采空区漏风影响问题,以沙曲矿沿空留巷综放工作面为研究背景。根据采空区上覆煤岩特性选择经验公式计算采空区裂隙发育高度,分析了沿空留巷侧采空区上覆裂隙发育,现场实测了沿空留巷压埋管及高位钻孔中气体体积分数,并根据实测参数利用数值模拟分析了瓦斯抽采条件下采空区风流流场变化。结果表明:上覆裂隙成为采空区漏风通道,导通距离在27.2~37.2 m;在沿空留巷侧采空区回采距离100m,其氧气体积分数在10%以上,验证了采空区漏风去向;模拟结果显示,沿空留巷侧采空区立体空间范围内氧气体积分数均达到10%以上,模拟结果与实测基本保持一致。最终确定瓦斯抽采条件下沿空留巷的布置及煤岩裂隙发育是形成漏风通道的主要原因。     

基于三维“O”型圈的采空区多场分布特征数值模拟

为进一步研究综放采空区的多场分布特征,以大兴矿N2-706工作面为例,构建"双三"模型,即优化三维"O"型圈采空区冒落非均质多孔介质数学模型及"U"型通风方式下的三维综放采空区物理模型,重点考虑了采空区垂直方向上的孔隙率变化,并实现了孔隙率的三维可视化。运用Fluent软件加载自定义UDF对采空区气体压力分布、漏风场及氧气、瓦斯分布情况进行了数值模拟,得出与实际情况相吻合的采空区气体压力分布、合理漏风量范围内的风流场分布,其中重点分析瓦斯体积分数分布规律。结果表明:考虑三维孔隙率的数值模拟结果收敛性更好,采空区瓦斯的积聚现象不仅出现在采空区顶部,在距底板20~25 m高度的位置就大量上浮,且呈现高体积分数瓦斯积聚分布的特征规律。     

沙曲矿4#煤层井下瓦斯抽采技术

沙曲矿为近距离煤层群开采矿,4#煤层为高瓦斯有突出危险煤层,为防止工作面回采时出现瓦斯超限或发生突出危险,并将瓦斯资源加以有效利用,通过在采前、采中及采后分别实施本煤层、邻近层及采空区瓦斯抽采措施,实现平均瓦斯抽采量分别达12.89m3/min、22 m3/min与10 m3/min。采用沿空留巷Y型通风方式,平均配风量3 300 m3/min,实现风排瓦斯量15~20 m3/min,占涌出量的44%。24207工作面回采时,回风瓦斯体积分数稳定在0.4%~0.6%,未发生上隅角瓦斯超限或煤与瓦斯突出现象,日产量由初期的800 t/d提高至3 600 t/d。     

U型和Y型通风采空区瓦斯分布数值模拟

运用Y型通风方式可解决传统U型通风难以解决的上隅角和回风巷瓦斯浓度超限问题.为了对比分析U型和Y型通风采空区瓦斯运移及分布规律,建立了U型通风和Y型通风采空区物理模型,运用Fluent软件对U型通风和Y型通风方式采空区漏风流场、漏风量(沿采空区边界风速分布)和瓦斯体积分数分布进行数值模拟.结果表明,Y型通风回采工作面采空区漏风流场与U型通风分布有较大差别.Y型通风时工作面端头0～30 m时漏风约占工作面漏风量的50％,且总漏风量较U型通风时多,可避免采空区高浓度瓦斯积聚.采用两进一回Y型通风可从根本上解决上隅角瓦斯积聚和回风巷瓦斯超限问题.     

瓦斯压力对煤与瓦斯射流突出能量的影响

瓦斯压力是煤与瓦斯突出的主要动力源,其与突出能量的关系尚不明确。将煤与瓦斯突出视为煤-瓦斯气固两相射流突出,在分析煤与瓦斯射流突出过程的基础上,建立了煤与瓦斯射流突出数值模型,给出了突出能量表达式。通过理论分析、数值模拟相结合,得到了瓦斯压力对煤与瓦斯突出能量、突出强度、瓦斯涌出量等参数的影响规律。结果表明,突出发生时,突出能量具有波动性,即以突出口为界存在能量集聚骤升区和能量释放衰减区。能量集聚骤升发生在突出孔洞至突出口段,瓦斯-煤两相流突出速度成倍增大;能量释放主要发生在突出口附近和巷道中,瓦斯-煤两相流突出速度逐渐减小。煤与瓦斯射流突出产生强烈涡旋,在顶板、底板处尤为显著,与现场观察到的突出后顶板有摩擦和划痕、底板突出煤粉有分选现象一致。瓦斯压力与突出能量间呈线性增加关系,与突出强度和瓦斯涌出量均呈幂指数增加关系。计算得到的煤与瓦斯射流突出能量量级与前人结论基本吻合,结果可为煤与瓦斯突出能量预测提供参考。     

基于瓦斯涌出分源预测选择瓦斯抽放方法的研究

煤矿瓦斯抽放是瓦斯治理、降低瓦斯涌出量的有效方法和手段，要充分发挥瓦斯抽放的效用就必须合理选择抽放方法。利用瓦斯分源涌出预测的结果，按照瓦斯分源治理的思想，研究一种选择瓦斯抽放源的分析方法，避免生产中单纯依靠经验选择瓦斯抽放方法的传统模式，以改善抽放效果，提高矿井瓦斯事故防治水平，为安全生产提供保障。     

金地井田煤层瓦斯分布规律研究及工作面瓦斯涌出量预测

掌握煤层瓦斯分布规律是保证矿井安全生产的必要技术条件之一。根据金地井田的地质构造特征,由现场实测8号、13号煤层瓦斯含量和气体组分实验室分析测定结果,结合煤层瓦斯垂直分带理论,判定金地井田范围内8号、13号煤层均处于瓦斯风化带。应用分源预测法,对金地井田不同生产时期的回采工作面瓦斯涌出量含量进行预测,认为受井田中东部大面积13号煤层隐伏露头影响,8号、13号煤层处于瓦斯风化带中的氮气-甲烷带,但无法进行瓦斯变化样度计算。该研究可为该矿井投产后瓦斯安全管理提供量化参考。     

灰色组合模型在钻孔瓦斯流量预测中的应用

钻孔瓦斯流量直接关系着钻孔抽放煤层瓦斯涌出量及钻孔瓦斯涌出初速度的判定,因此研究钻孔瓦斯流量的变化及发展趋势具有较大实用价值。利用"灰色组合预测"思想,提出一种对多种常用预测模型进行熵权法计算权重的组合预测方法,从而可根据有限的实测数据达到预测瓦斯流量发展的目的,结合工程实例,将灰色组合预测模型和单点模型模拟的结果进行比较,其结果表明组合的灰色模型预测精度较高,对瓦斯抽放设计和矿井安全生产具有较大的指导意义。     

城市管道天然气在土壤中泄漏扩散实验研究

天然气在土壤中扩散行为的实验研究对埋地管道泄漏点的科学定位及泄漏事故的预防具有重要意义.采用全尺度气体泄漏实验系统,模拟真实埋地管道泄漏场景,对泄漏后的天然气在土壤中的扩散对流过程进行实验研究.基于自行研制的气体检测与数据采集系统和GasClam地下气体在线监测仪,分析天然气在土壤中的对流扩散规律.结果表明:埋地管道泄漏后天然气在土壤中的对流扩散过程可以分为4个阶段:孕育阶段、陡然增长阶段、缓慢增长阶段和稳定阶段,其浓度随泄漏时间的变化过程符合S型曲线特征.天然气扩散至检测点所需时间与距泄漏口距离呈现近似的幂指数关系.当检测点位于泄漏口附近区域时,泄漏压力起主导作用.当检测点位于远离泄漏口区域时,泄漏量起主导作用.     

高含硫气田试气与地面工程建设交叉作业安全管理方法初探

普光气田作为高含硫气田在国内大规模开发,尚属首例,在气田开发过程中没有可借鉴的经验.高含硫气井试气作业中易发生井喷、硫化氢泄漏等事故.普光气田地面工程建设施工难度大、地形复杂,按照工程进度要求,试气作业和地面集输工程施工两项作业交叉时必须实现“安全作业、安全施工”,这是普光气田开发的基本目标.通过制订安全管理制度、明确责任主体、服从业主统一管理等有效的安全管理方法,保证了目标的实现,获得安全管理经验,对今后高含硫气田大规模开发具有指导意义.     

密闭液封堵条件下的瓦斯解吸规律实验研究

瓦斯严重威胁着煤矿的安全生产,煤层瓦斯解吸规律与矿井瓦斯灾害关系非常密切。本文首先提出了密闭液封堵条件下的瓦斯解吸实验原理,制定了相应的实验方案;然后,开展了密闭液封堵条件下的煤芯瓦斯解吸规律实验;最后,进行了密闭液封堵煤芯瓦斯的现场取芯试验。研究结果显示,与自由状态下解吸相比,密闭条件下的瓦斯解吸量呈现不同程度的降低,效果显著;在取芯过程中,密闭液能够包裹煤芯,该测定技术所获得的煤芯瓦斯解吸量与残存量之和,比普通煤芯取样法平均提高了9%。因此,利用该技术所测得的煤层瓦斯含量,其可靠性与准确率更高。     

穿越水体天然气管道的泄漏气和沼气的辨别技术

为精确分析天然气管道穿越水体或淤泥表面冒出气泡中气体全部组分及摩尔含量,排除天然气管道泄漏的可能性,对采集气体样品进行气相色谱检测与甲烷碳同位素相对含量检测。结果表明:通过对比穿越水体管道内天然气组分发现,2类气体样品存在很大特征性差异,排除天然气管道泄漏可能性。研究结果可为类似事件处置提供理论依据。     

A new methodology to estimate the gas ascending time from underwater gas releases

Accidental subsea gas releases can pose a threat to people, equipment, and facilities since gas can be toxic or flammable at the concentrations in which the leak occurs. The accurate prediction of the behavior of the gas plume formed in the leaks can be fundamental to the development of techniques of accident prevention or, in some cases, remediation measures, avoiding the emergence of more serious consequences. Among the different ways to analyze the behavior of gas plumes formed underwater, the Computational Fluid Dynamics (CFD) tool stands out for allowing the study of plume behavior to be done in a safer, simpler, and less expensive way, if compared to experimental studies. Inspired by the accidental release of the subsea gas scenario, this work validated a CFD setup of a 2D two-phase air–water flow using the VOF method in Ansys Fluent. The use of the VOF method differs this work from other works that use a hybrid Eulerian–Lagrangian methodology to model such types of flow. In this validation, simulations with a 9 m base tank, and 7 m water depth, and 0.050, 0.100, and 0.450 m${}^3$/s gas flow were performed. The simulated data were compared to experimental results available in literature. After the validation of the setup, a study was carried out varying the size of the leak to 0.24 and 0.17 m, and the gas flow from 0.006 to 0.150 m${}^3$/s aiming to verify how some plume characteristics are affected by the changes. Finally, following the directions from literature for analyzing the ascending gas behavior, and combining it with a dimensional analysis of the data, we proposed a mathematical model for calculating the gas ascending time using only properties of the gas leak. With future modifications of the proposed methodology, we hope that soon it will be possible to simulate gas releases under more realistic conditions. Even so, the findings of this work are already a significant step forward in the study of underwater gas releases.     

浅谈煤气管道防腐

系统地介绍了埋地煤气钢管的两种防腐方法；绝缘层防腐法，电保护防腐法，详细地阐述了防腐的原理及施工要求。