采空区瓦斯涌出源位置对瓦斯分布影响的数值模拟

根据多孔介质渗流理论,利用Fluent软件,分别对采空区瓦斯在整个采空区均匀涌出、上邻近层及底板遗煤涌出2种情况下采空区瓦斯分布规律进行了数值模拟.结果表明:采空区瓦斯为上邻近层及底板遗煤处涌出时,沿走向方向,靠近上邻近层及底板处高体积分数瓦斯距离工作面较近;沿竖直方向,瓦斯体积分数分布呈钩状,靠近瓦斯涌出源处瓦斯体积分数最高;整个采空区均匀涌出时采空区瓦斯体积分数分布与上邻近层及底板遗煤涌出时有很大差别.因此,为了得到更符合实际情况的瓦斯分布规律,数值模拟时应按照现场实际的瓦斯涌出源位置建立模型.     

高瓦斯易自燃煤层采空区遗煤自燃影响因素研究

为预防高瓦斯易自燃煤层采空区遗煤自燃事故,根据此类煤层采空区遗煤自燃的特性,共选取19个影响因素,采用基于直觉模糊集的集成决策实验室分析与解释结构模型(DEMATELISM)法对这些因素进行结构化处理,以此分析各因素对此类煤层采空区遗煤自燃的影响。结果表明:高瓦斯易自燃煤层采空区遗煤自燃的影响因素分为3个层次;工作面长度、通风方式、煤的吸氧速率、临界温度、残余瓦斯含量、煤层厚度、倾角与地质构造为根源因素;邻近层瓦斯情况、工作面开采方法、通风风量、推进速度为中间因素;防灭火措施、安全监测、采空区遗煤厚度、瓦斯抽采措施、工作面通风阻力、推进速度、围岩温度、煤层埋藏深度与顶板岩性为表层因素。     

偏Y形通风工作面上隅角瓦斯抽采模拟

为解决保德煤矿81505工作面上隅角瓦斯超限问题,选择联巷埋管抽采瓦斯方式进行治理.使用COMSOL模拟软件建立采场物理模型,研究瓦斯埋管抽采前后采空区和工作面O2、CH4体积分数分布、工作面在推进过程中采空区最高温度与工作面风速的关系,分析采空区瓦斯分布和采空区"三带"的变化.结果表明:随瓦斯抽采流量增加,工作面上隅角瓦斯体积分数降低;抽采位置距工作面距离增加,工作面上隅角的瓦斯体积分数降低.根据保德煤矿81505工作面采空区的最短自然发火期,选择抽采流量为40 m3/min,在距工作面40 m处进行瓦斯抽采,工作面上隅角瓦斯体积分数从0.53％降低到0.17％,氧化带宽度从100 m增加到149 m.最后通过现场实践,工作面上隅角瓦斯体积分数降低到0.16％,采空区氧化带的宽度范围为135～150 m,在降低工作面上隅角瓦斯体积分数的同时降低了采空区发生自燃的危险性.     

高瓦斯易自燃工作面高抽巷瓦斯抽采与采空区遗煤自燃相互影响研究

为了实现瓦斯与煤自燃两大灾害的联合防治,首先对布置高抽巷条件下瓦斯与遗煤自燃多因素相互影响关系进行了理论分析和归纳总结。结合淮南潘二煤矿11223高瓦斯易自燃工作面,建立了带有高抽巷的物理模型,利用UDF编译了本煤层与邻近层瓦斯涌出源项、采空区三维孔隙率和低温条件下煤氧化反应氧气消耗速率。在此基础上,分析了高抽巷布置参数和抽采参数以及工作面风量对高抽巷瓦斯抽采效果和采空区自燃带分布相互影响的规律。结果表明,当工作面风量为2 000 m3/min,高抽巷布置在顶板上方40 m时,高抽巷瓦斯抽采浓度和纯量分别达32.3%和29.07 m3/min,占总瓦斯涌出量的69.71%,同时能满足实际防火的要求。研究结果可为类似条件下高抽巷最佳施工与抽采参数提供借鉴。     

孔隙率和风速对上覆采空区煤自燃的影响研究

为探究孔隙率和风速对上覆采空区煤自燃的影响,以某矿井的综采工作面为研究对象,运用Fluent软件进行数值模拟,建立了矿井U型工作面立体模型和采空区内多孔介质的渗流场数学模型,得到了上覆采空区氧气浓度和瓦斯浓度的分布状况。当孔隙率恒定时,随着风速增大,下覆采空区和上覆采空区的散热带和氧化带的面积增大,上覆采空区遗煤的二次氧化造成煤自燃倾向增大,对采空区深部的氧浓度和自燃发火的影响较小,对回风巷道上隅角的瓦斯浓度影响较大;当风速大小恒定时,随着孔隙率增大,上覆采空区和下覆采空区漏风区域面积的增加小于风速对其的影响,上覆采空区遗煤自燃发火的几率相对较小。该研究对采空区遗煤火灾和瓦斯超限防治具有重要意义。     

多场耦合作用下瓦斯与煤自燃协同预防数值模拟

为解决某综放面采用顶板巷与上隅角联合抽采方式可能引起的煤自燃及瓦斯爆炸等重大安全隐患问题,采用数值模拟从瓦斯、氧气体积分数分布特点和温度场角度综合分析合理顶板巷位置与抽采流量,为协同预防瓦斯和煤自燃复合灾害提供指导。结果表明:抽采口、上隅角瓦斯体积分数随抽采流量增加而降低;抽采流量100m3/min是影响氧化带宽度变化幅度的拐点;抽采流量对采空区最高温度的影响较大,对高温范围宽度影响较小;综合确定合理顶板巷位置为内错回风巷15 m,合理抽采流量为100~150 m~3/min;现场应用表明该方案既能解决瓦斯超限问题,又能有效控制煤自燃威胁,表明数值模拟具有较好的可靠性。     

羊场湾大采高易自燃工作面CO分布规律研究

为探明羊场湾160205工作面上隅角CO体积分数超限明显的原因,沿工作面倾向和走向布置测点,测试早中晚三班开始前的CO体积分数,并在采空区布置束管,对不同位置气体进行取样分析,得出160205工作面CO体积分数分布。结合煤炭开采过程CO的主要来源与煤氧化产生CO的机理,分析得出羊场湾160205工作面CO主要来源。结果表明:CO体积分数沿工作面煤壁到架后采空区方向逐渐升高;采空区深度0～15 m和30～100 m处为高体积分数CO区域;160205工作面CO主要来源为采空区遗煤氧化,其次为顶煤氧化与割煤时煤体破碎产生,采空区深度30～100 m处的CO体积分数较高区域是判定采空区遗煤自燃状况的关键区域。     

“U+I”型采煤工作面瓦斯抽采与浮煤自燃耦合研究

为了研究“U+I”型工作面进风量和顶板巷抽采负压对工作面瓦斯浓度与采空区氧化带宽度的影响,协调瓦斯抽采和浮煤自燃之间的关系。以2306综放面为工程背景,基于“U”型冒落岩层孔隙率分布公式和流体通用控制方程建立采空区数值模拟解算模型。采用CFD软件对不同进风量、不同抽采负压下的工作面瓦斯浓度和采空区氧化带宽度进行模拟,结果表明:随着工作面风量的增加,工作面和顶板巷瓦斯浓度减小,但工作面处浓度减幅逐渐变小而顶板巷浓度减幅几乎不变;提高顶板巷抽采负压,对减少工作面瓦斯浓度效果明显,顶板巷自身瓦斯浓度先增加再减小,采空区进风侧氧化带宽度变窄,回风侧和采空区中部氧化带宽度增加,总体上增加了采空区浮煤自燃的危险性但影响程度有限。     

高突矿井大采高工作面瓦斯抽采技术及实践

为解决大采高厚煤层工作面回采期间瓦斯超限难题,应用顶板走向长钻孔中位钻孔和下临近层底板定向长钻孔等瓦斯抽采措施,对回采面瓦斯进行了多源头治理。通过对顶板走向长钻孔的抽采效果考察,确定其垂直层位为40±5 m范围、水平层位为50±10 m范围为最佳瓦斯抽采区域;中位钻孔合理的垂直层位为20 m左右,水平层位为45~50 m范围抽采效果最佳;下临近层底板定向长钻孔是拦截下部5#煤和7#煤向上部采掘空间涌出瓦斯的有效手段,其最佳的水平层位为距巷道轮廓线20 m范围,垂直层位为钻孔布置在下临近层煤层中。通过对3种不同瓦斯治理措施的综合评价考察,确定顶板走向长钻孔是治理回采面最为有效的措施,其抽采量占工作面回采期间总抽采量的79.6%,中位钻孔抽采和下临近层底板定向长钻孔抽采是回采面回采期间的辅助性措施。措施使用后,工作面上隅角瓦斯浓度保持在0.4%~0.6%之间,有效保证了工作面的安全高效回采。     

浅埋近距离煤层群开采过程中上覆采空区自燃危险区预测研究

为揭示浅埋深近距离煤层群开采过程中地表裂隙发育对上覆采空区遗煤自燃的影响规律及影响范围,以苏家沟煤矿为研究背景,建立采空区流场流动及低温氧化的数学模型和三维几何模型。采用FLUENT模拟软件模拟了下煤层工作面推进过程中上覆采空区的氧气分布情况,得到了浅埋近距离煤层上覆采空区基于裂隙动态发育的氧气场和风流场的分布规律。依据采空区自燃危险区域判定理论,对上部煤层采空区内的自然发火危险区域进行预测。结果表明：连通地表与采空区的裂隙数量随工作面的推进而增加,上覆采空区氧化升温区域主要集中在滞后工作面0～20 m范围内,采空区深部的氧化带分布在新、老裂隙附近,在进风侧靠近地表且在回风侧靠近裂隙底端;当工作面推进120 m,即产生3条贯通型裂缝时,采空区自燃危险性最大,结合风流场云图确定上煤层底板自燃危险区距工作面水平距离为97.5 m,是煤矿开采过程中的重点防护区域。     

高压凝析气田气井安全控保系统设置

雅克拉气田单井具有高温、高压、高CO2腐蚀等特点,安全生产风险大。为将天然气生产控制在安全状态,预防安全环保伤害事故发生,必须对各种风险加以控制。分析了影响雅克拉气田安全生产的主要风险,提出消减风险的安全控制保障系统三级控制模式,论述了系统结构及各子系统技术原理,阐述了系统消减风险的方法和手段,对系统的新颖功能、特性、优点进行了总结。     

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。     

浅谈北京市城镇燃气改造工程的防雷安全

文章通过在防雷检测中发现的城镇居民生活用气改造工程中的防雷安全隐患进行了分析探讨,介绍了雷电对燃气供气管道的危害,给出了相应的解决措施。可供防雷安全检测和燃气管道防雷工程设计施工部门参考。     

基于格子气模型的宿舍火灾人群疏散研究

为在宿舍发生火灾时给疏散人员提供最优的人群疏散方案,提高抢险救灾能力,将疏散过程分为两个阶段--学生发现火灾离开宿舍向走廊疏散,再由走廊向两端的出口疏散.综合考虑社会力因素,将优势方向权重算法与偏向随机行走格子气模型结合建模,对宿舍不同人数进行模拟,并通过Anylogic进行仿真计算.结果表明,格子气模型和优势方向权重算法能够真实模拟宿舍火灾疏散场景.     

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.     

An alternative CFD tool for gas dispersion modelling of heavy gas

The numerical simulation of gas dispersion is of great importance in various areas of engineering such as optimisation, synthesis of chemical process, petroleum industry and process safety. The OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) code is a free and open source computational fluid dynamics (CFD) program. The current research is focused on the development and customisation of a computational tool for handling gas dispersion of heavy gases, such a LNG and CO₂. The novel CFD tool relies on OpenFOAM framework. The core of the work is based on the OpenFOAM solver rhoReactingBuoyantFoam to handle gas dispersion. A series of CFD simulations has been performed for methane and CO₂. The source term of the former is modelled by HSM (Hybrid Switch Model). The model comprises contribution from HEM (Homogeneous Equilibrium Model) approach, frozen model and non-equilibrium model for CO₂ leak. The novel approach switches between equilibrium and non-equilibrium conditions based on the meta-stable parameter on the grounds of thermodynamics and experimental observations. Good agreement with experimental data is observed. Numerical findings for methane leakage from the proposed CFD tool are compared with experimental data and FLACS. Good agreement is observed.     

针对瓦斯事故的安全投资效益评估方法研究

煤矿生产中瓦斯事故的发生及其危害程度的不确定性使得定量评价损失很困难.本文提出一种评估煤矿瓦斯事故严重程度和相关安全投资效益的方法.通过分析影响煤矿瓦斯事故发生的主要因素,利用专家调查法推断出瓦斯事故的发生概率和严重程度,进而估计出瓦斯事故的风险度并定量评价相关的安全投资效益.通过这种方法,可以提出各种安全投资方案并进行安全投资效益比较,据此选择安全投资效益最好的安全投资方案进行安全投资决策,最大限度地降低煤矿瓦斯事故的发生概率和危害程度.实例分析表明这种方法是有效的.     

沁海煤矿瓦斯重大灾害及生产动态安全状况诊断

按照《煤矿安全规程》2010版制成安全检查表,运用安全检查表法和系统分析的方法对煤矿的主要系统存在的隐患进行逐项诊断,主要诊断矿井的瓦斯抽放系统、矿井的通风系统、矿井的防尘系统、矿井的防灭火系统以及矿井运输提升系统等。诊断主要是针对瓦斯重大灾害及矿井生产过程中违章违规现象以及矿井自然属性带来的系统固有隐患,对矿井中员工的操作规范情况也进行检查,并对存在的隐患和员工的错误操作提出相应的整改措施,促使煤矿及时对矿井存在的系统固有隐患和人为隐患进行整改,以消除在生产动态过程中查出的隐患,从而预防煤矿事故的发生。消灭了事故隐患,实际上也是把事故消灭在萌芽状态之中,达到防患于未然,提高我国煤矿安全生产水平。     

天然气管道非稳态泄漏扩散的数值模拟

针对长输天然气架空管道泄漏问题,综合考虑风速随海拔变化的边界条件、管道管形及泄漏方向等因素,建立非稳态泄漏模型,对不同管道泄漏压力和不同天然气浓度边界的天然气非稳态泄漏扩散进行了数值模拟。结果表明:在天然气向下泄漏的工况下,天然气气团主要在地面积聚,呈无规则的扩散;天然气管道泄漏压力与气体泄漏扩散速度成正比,与天然气浓度边界达到稳定所需时间成反比:不同泄漏压力下天然气扩散稳定后的扩散距离及泄漏影响面积大致相同;天然气浓度边界越小,达到稳定所需时间越长。