煤与瓦斯共采在错层位巷道布置中的机理研究及应用构想

为了完善现有煤与瓦斯共采技术，创新煤与瓦斯共采方法，对错层位巷道布置下的煤与瓦斯共采系统展开研究，利用相似模拟试验，分析错层位巷道布置覆岩运动情况，预测其开采围岩裂隙发育和瓦斯运移形式，提出了创新煤与瓦斯共采技术构想。研究结果表明:采空区覆岩三带高度随接续工作面的增加而增大，相邻采空区垮落矸石压实区呈现“O-L-O”形变化，多个相邻采空区覆岩出现大“O”形圈裂隙带；相邻采空区内瓦斯可实现相互运移，大“O”形圈裂隙带内赋存大量瓦斯气体；研究提出了地面钻井抽采瓦斯、走向高位瓦斯抽采巷和外错尾巷穿层钻孔3种煤与瓦斯共采技术，比传统巷道布置情况下的煤与瓦斯共采技术在安全、经济等方面更具优势。     

岩溶地下河污染物运移模型对比研究

两区模型（TRM）和暂时存储模型（TSM）为两种常用的岩溶地下河（管道）污染物运移模型,为了更好表征岩溶地下河污染物运移过程,开展模型对比研究.采用两种模型拟合室内管道示踪实验穿透曲线,从概念模型框架、模型优缺点、参数校正过程和物理意义、参数敏感性等方面对比分析两种模型的异同.结果表明,OTIS软件提供TSM的数值解,而CXTFIT软件提供TRM的解析解,但两者均能通过下游不同位置的穿透曲线分段表征地下河不同阶段的污染物运移过程.两种模型的物理意义相近,均可近似描述岩溶地下河中溶质的暂时性存储现象,较好地拟合溶质运移曲线.采用TSM可校正得到暂时存储区的横截面积,但采用TRM只能获得非流动区所占的比例.两种模型中弥散系数和传质/交换系数的敏感度较低,并且弥散系数的变化对穿透曲线拖尾无显著影响.研究结果为岩溶地下河污染物运移模型的选取与应用提供了依据.     

填埋场内水分运移过程双场耦合模型的探讨

基于多孔介质渗流力学和热力学理论，从填埋场内非等温的角度，理论上分析了场内垃圾含水率的分布与温度变化之间相互作用的机理，建立了垃圾填埋场内水分运移过程的双场耦合模型（三维），并提出模型的求解方法。为研究填埋场内水分的时空分布规律提供理论依据。     

东北某企业地下水中挥发酚运移模拟

以东北某化工企业为主要研究对象，对该区域内的地下水进行了调查。作为典型案例，通过对该 场地区域内地下水的调查研究，分析其地下水中挥发酚类物质对环境的影响，在此基础上建立地下水数值模 型，预测挥发酚类物质的迁移程度。结果表明：该场地区域内地下水中污染物主要为挥发酚类物质；通过对厂 区内10a的溶质运移模拟，对比1,5,10a后的挥发酚分布情况，场地内的挥发酚并不会影响到下游流域；10a后，挥发酚的浓度集中在0.002～0.1mg/L，较现阶段发生了明显的降解效应。     

采场瓦斯运移的三维LBM仿真

地下煤矿工作面上隅角瓦斯积聚并超限是煤矿生产的重大安全隐患.为了解瓦斯积聚规律及瓦斯积聚量,构建了采场统一的三维LBM仿真模型,并开发采场瓦斯运移的三维LBM仿真软件.采场由工作面和采空区2个流场组成,其中,瓦斯与大气混合气体在工作面流场中的运动为紊流运动,而在采空区内的运动为非均质多孔介质的渗流运动.采场统一的LBM仿真模型通过采用不同的松弛时间和平衡分布函数来体现2个流场的特征.由于采场结构复杂,为了提高运算效率,采用分块耦合算法将采场划分成多个块,各块独立并行计算,块与块之间通过耦合交换数据,最终实现整个采场瓦斯运移仿真.模拟实例表明,该方法可以模拟和分析采场瓦斯运移状况,并得到采场瓦斯运移的相关数据.同时也可以得到采场流线分布规律、速度变化规律和采空区瓦斯运移规律.     

沧州深层地下水F~-垂向运移预测及影响因素分析

沧州部分地区深层地下水F~-浓度已经严重超标,高氟地区也在不断扩大,为了解F~-扩散过程需要分析F~-垂向运移状态和各影响因素。运用MODFLOW软件建立沧州地区深层地下水垂向溶质运移模型,模拟第Ⅲ含水层高氟水来源于更高浓度的第Ⅳ含水层氟的垂向运移状态,运用敏感系数公式分析各影响因素与溶质垂向运移的关系。通过溶质运移状态预测出2030年沧州地区第Ⅲ含水层氟离子平均浓度为1.64 mg/L,地下水氟离子垂向运移的主控因素为第Ⅳ含水层氟离子浓度,抽水量的影响次之。     

强降雨条件下非均匀介质污染物运移数值模拟

为研究强降雨条件下污染物在非均匀介质中的运移特征及对地下水环境的影响,基于随机理论,利用MATLAB工具,考虑不同降雨强度下降雨入渗速率、表现含水层非均质介质特性的渗透系数及纵向弥散度3个主要因素对溶质运移的影响,调用MODFLOW和MT3DMS程序求解和分析地下水流和溶质运移问题。结果表明强降雨通过影响地下水流动场的相关参数,增强了污染物迁移的速度及污染程度:饱和渗透系数变异系数一定时(CoV=100%),360 mm/d、280 mm/d及240 mm/d雨强条件下污染物运移至3#观测点需要大约60 d、72 d和84 d,且运移时间120 d时浓度分别达到0.488 mg/L、0.187 mg/L及0.088 mg/L;雨强一定时(P=360 mm/d),运移初期KS变异系数越大,污染程度越大,而随着时间的延长至108 d,CoV=50%条件下浓度值超越变异系数为100%、150%、200%时的浓度,120 d超越250%;最后,相对低雨强条件下,观测点污染浓度与K_S变异系数成正比,随着雨强的增大则成反比。以上研究结果可为强降雨条件下大尺度地下水环境污染预报、评估与治理提供理论依据。     

LNAPLs污染物在层状非均质多孔介质中的运移试验研究

文章通过室内试验研究层状非均质多孔介质中轻非水相液体(Light Non-Aqueous Phase Liquid,LNAPL)的运移机制与分布特性。首先,在二维砂槽上进行LNAPL的入渗试验,试验过程中用数码相机进行拍照,把LANPL的扩散过程以图像的形式记录下来;然后,用AutoCAD对图片进行分析处理,得出不同时刻LNAPL的入渗锋面变化图。结果发现,介质结构突变面改变了LNAPL的迁移模式。在LNAPL由中砂进入细砂层后,由于受到毛细作用的增强,其运移速度加快;而由中砂进入粗砂,受粗砂介质阻滞作用增强的影响,LNAPL运移速度变小。当LNAPL由干砂进入湿润砂体时,由于孔隙水浮托力增大,LNAPL先产生纵向运移,随后以横向迁移的形式在地下水位上部聚积。当达到一定厚度后,LNAPL的压头足以克服浮托力,驱替孔隙水进入砂土孔隙。另外,LNAPL的厚度足够大时,方可克服饱水层受到的浮托力,在地下水位上形成LNAPL池,并因孔隙水向周围砂体排泄,LNAPL池周围的水位上升。     

基于格子Boltzmann的非均质采空区瓦斯运移仿真方法

瓦斯在采空区内运移造成工作面上隅角瓦斯超限是煤矿安全的重大隐患.为揭示采宅区瓦斯运移规律,提出基于格子Boltzmann的非均质采空区瓦斯运移仿真方法.综放采场采空区是由非均质多孔介质组成的空间,大气和瓦斯混合气体在采空区的流动是非常复杂的具有层流、过度流和紊流的渗流运动.基于修正的Brinkman-Forchheimer-Darey定律,建立非均质采空区瓦斯运移的控制方程组.由于该方程组求解复杂,分别建立瓦斯渗流速度场和瓦斯浓度场的格子Boltzmann模型.通过格子Boltzmann模型的演化,实现采空区瓦斯运移的仿真.模拟实例表明,用该方法进行仿真可以得到任何时刻采空区内任意位置瓦斯和大气混合气体的流动速度和压力以及瓦斯浓度等数据,同时也可以得到采空区流线分布规律、速度变化规律、采空区压力的变化规律和采空区瓦斯运移规律.该方法能将时间、空间和系统行为结合起来,可在直观的条件下完成对地下煤矿采空区瓦斯运移态势的精确分析与模拟,可为揭示综放采场采空区上隅角瓦斯超限的原因提供一种新的方法.