U型工作面上隅角埋管瓦斯抽采数值模拟研究

传统的U型通风工作面上隅角瓦斯积聚现象经常出现，严重制约着矿井正常生产能力的有效发挥，对矿井安全生产造成重大威胁。基于前人对采空区非均质多孔介质气体运移理论的研究，采用Fluent软件数值模拟研究了U型和上隅角埋管条件下U型通风系统的静压力场和瓦斯浓度场。研究结果表明：在相同的模型参数条件下，U型通风容易造成上隅角瓦斯积聚，上隅角瓦斯超限问题十分严重；采空区5m处埋管，治理上隅角瓦斯积聚的效果欠佳，达不到安全开采的条件；15m处埋管可以较好的解决上隅角瓦斯超限问题，工作面没有出现瓦斯积聚现象，工作面和回风巷的瓦斯浓度始终处于1％以下；25m处埋管的效果与15m基本相同，没有表现出更好的瓦斯治理效果。综合数值模拟的结果，确定了上隅角埋管抽放采空区瓦斯的理想抽放位置为距离地板垂高1．2m、沿走向深入采空区15m处。     

脉冲通风法治理“U”型工作面上隅角瓦斯积聚的理论及技术探讨

针对生产现场出现的“U”型采煤工作面上隅角瓦斯积聚问题 ,科学地分析了其形成的原因及目前解决上隅角瓦斯积聚的常用方法 ,提出了旋转脉冲法解决此问题的新途径 ,并进行了详细的理论分析。通过现场实验 ,验证了用旋转脉冲法解决上隅角瓦斯积聚是有效的、可行的。     

Y型通风下采空区瓦斯运移规律及治理研究

为了更好的研究Y型通风系统下的采空区的瓦斯流动和涌出规律,针对综放面Y型通风系统特点,建立了Y型通风采空区流场模拟的计算流体力学模型。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,对比分析了Y型通风和U型通风条件下的采空区流场及瓦斯运移特征,并将其应用于15120高瓦斯综采工作面的Y型通风系统中,根据现场的实际情况建立对应的CFD模型,得出Y型通风系统下采空区瓦斯流动及分布规律,数值模拟结果与现场大量观测数据相吻合,为瓦斯治理和通风系统优化提供理论依据。研究表明,采用Y型通风系统可消除采空区向上隅角的集中漏风,从而有效解决了U型通风上隅角瓦斯积聚和回风巷中的瓦斯。     

综放工作面顶板随采式专用排瓦斯巷布置研究

确定合理的专用排瓦斯巷参数是确保能否高效治理综放工作面瓦斯积聚及上隅角瓦斯超限现象的关键。结合五阳煤矿7605工作面的实际情况,采用瓦斯运移规律、矿压理论、矿井通风等理论及FLAC3D数值模拟软件,对专用排瓦斯巷的合理层位、距离回风巷的水平距离、巷道断面面积等参数进行了研究。结果表明,专用排瓦斯巷适合布置在岩层垮落带的中下部,距离回风巷的水平距离受巷道等效半径影响,巷道断面面积由通风能力和掘进工程量决定,7605工作面专用排瓦斯巷的3个参数分别为距煤层顶板2.65~6.75 m、距离回风巷水平距离约15 m、巷道断面面积7 m~2。现场应用表明,工作面回采期间瓦斯体积分数维持在0.3%左右,上隅角瓦斯体积分数未发生超限,瓦排巷与工作面连通顺畅,瓦斯治理效果显著。     

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.     

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.     

风量调节对上隅角瓦斯浓度的影响分析

文章在总结了上隅角瓦斯治理技术的基础上,针对某矿庚20-21060回采工作面生产实际,提出采用调节风量法来实现对工作面上隅角瓦斯的治理,并对工作面风量进行多次试验调节,最终得出了庚20-21060回采工作面最佳配风量为1523m3/min,同时得出工作面风量大小与上隅角瓦斯浓度变化的变化关系,即:风量在一定范围内的增加能够降低上隅角瓦斯浓度,但是持续的风量增加有可能造成采空区漏风量增加,导致上隅角和回风流瓦斯浓度的增加。     

极近距离煤层大采高工作面上隅角瓦斯治理

为了解决三交河煤矿2-512大采高工作面上隅角瓦斯经常超限的难题,运用理论和现场实践进行了分析,分析得出工作面上隅角瓦斯超限的主要原因有:①上隅角是风流汇合处;②顶板跨落;③2#下煤层瓦斯涌入采空区;④地质构造.针对上隅角瓦斯超限问题,提出了高位钻孔抽放裂隙带瓦斯和低位钻孔抽放采空区和冒落带瓦斯的防治措施.现场实践表明,在实施上述措施之后,2-512工作面回风流中瓦斯浓度控制在0.02％ ～0.06％,上隅瓦斯浓度由原来的0.8％～3.0％下降到0.8％以下,有效地解决了上隅角瓦斯超限问题,保证了矿井的安全高效生产.     

煤层群首采关键层卸压瓦斯综合治理技术

首采煤层群关键层是消除邻近煤层突出危险性行之有效的方法.以淮南新庄孜煤矿66210工作面为例,在综合分析采空区上覆岩层竖向3带以及瓦斯运移基本条件的基础上,将上被保护层所产生的卸压瓦斯运移路径简化为:被保护层→上覆岩层竖向裂隙→采空区→回风巷.为了保障首采保护层工作面的安全回采,提出并实施了卸压瓦斯综合治理技术,对被保护层卸压瓦斯、首采层顶板裂隙发育区富集瓦斯、采空区瓦斯进行强化拦截抽采.采用沿空留巷Y型通风方式消除上隅角瓦斯积聚,降低风排瓦斯量,工作面回风瓦斯体积分数在0.6%以下,实现了高瓦斯煤层群首采工作面的安全高效生产.     

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.     

瓦斯爆炸事故的混沌特性及其控制方法初探

我国煤炭地下开采占全部产量的 96 % ,含瓦斯煤层多 ,高瓦斯矿井和突出矿井占矿井总数的4 4 % ,由瓦斯引发的爆炸事故的伤亡人数占全部矿井事故伤亡总数的 6 5 %。针对我国煤矿安全生产的严峻形势 ,笔者在对瓦斯爆炸事故特性进行分析的基础上 ,应用混沌理论对瓦斯爆炸事故的风险以及控制方法进行初步探讨 ,初步建立了瓦斯爆炸事故混沌特性分析模型 ,对预防和控制瓦斯爆炸事故的发生 ,改善矿井安全生产状况具有指导意义。     

煤矿瓦斯爆炸事故特征与耦合规律研究

分析瓦斯爆炸事故的瓦斯积聚原因、引爆火源和引爆地点等事故特征及其分类,统计并分析1988—2008年发生的563次瓦斯爆炸事故的基本特征和耦合规律,结果表明:通风混乱等通风系统问题导致瓦斯缓慢积聚的瓦斯爆炸事故占90.6%;电火花和放炮火焰引爆瓦斯占事故的78.6%;发生在采掘工作面的瓦斯爆炸事故占69.4%;通风系统问题导致瓦斯积聚的瓦斯爆炸事故主要发生在采掘工作面和巷道,占81.3%;通风系统问题导致瓦斯积聚的事故其引爆火源主要是电火花,占72.8%;电火花和放炮火焰引爆瓦斯主要发生在采掘工作面和巷道,占73.2%。有效预防和控制煤矿瓦斯爆炸事故需切实加强通风管理、电气管理和严格放炮操作与程序。     

岩浆侵蚀区煤层孔隙结构特征及其对瓦斯赋存之影响分析

在煤样煤层瓦斯含量、瓦斯组分和煤的孔容特征的实验测定基础上 ,分析了岩浆岩侵蚀区煤层瓦斯组分特征 ;研讨了孔隙结构特征 ,岩浆岩侵蚀对煤层孔隙瓦斯赋存及涌出的影响规律。这些结果为煤矿井田不同区域开采时 ,选用安全技术措施提供了科学依据     

高瓦斯煤层综放开采瓦斯与煤自燃综合治理研究

针对淮南潘三煤矿低透气性高瓦斯易自燃煤层综放开采的实际情况 ,笔者在综合分析影响综放面安全开采的瓦斯和煤自燃因素基础上 ,提出并实施了顶板走向长钻孔覆岩卸压瓦斯抽放、本煤层顺层孔卸压瓦斯抽放、尾巷抽放和排放等综合瓦斯治理措施 ,通过适时合理的工作面通风系统能位调整 ,合理配备工作面风量和控制采空区漏风量 ,解决了综放面回采时的瓦斯问题 ,有效控制了采空区煤炭自燃的发展 ,实现工作面的安全快速推进。实践证明 ,顶板走向长钻孔覆岩卸压瓦斯抽放是解决低透气煤层瓦斯抽放率低的有效方法 ,回采面的瓦斯抽放率在 30 %以上 ;尾抽和尾排是低透气性高瓦斯煤层安全生产的有效辅助措施 ,但其对工作面采空区煤炭自燃的“三带”有显著影响 ,影响的关键因素是通过采空区尾排及尾抽的混合流量。笔者提出的方法对类似条件的高瓦斯易自燃煤层综放安全开采有重要的指导意义。     

Effects of premixed methane concentration on distribution of flame region and hazard effects in a tube and a tunnel gas explosion

Study of flame distribution laws and the hazard effects in a tunnel gas explosion accident is of great importance for safety issue. However, it has not yet been fully explored. The object of present work is mainly to study the effects of premixed gas concentration on the distribution law of the flame region and the hazard effects involving methane-air explosion in a tube and a tunnel based on experimental and numerical results. The experiments were conducted in a tube with one end closed and the other open. The tube was partially filled with premixed methane-air mixture with six different premixed methane concentrations. Major simulation works were performed in a full-scale tunnel with a length of 1000 m. The first 56 m of the tunnel were occupied by methane–air mixture. Results show that the flame region is always longer than the original gas region in any case. Concentration has significant effects on the flame region distribution and the explosion behaviors. In the tube, peak overpressures and maximum rates of overpressure rise (dp/dt)_max for mixtures with lower and higher concentrations are great lower than that for mixtures close to stoichiometric concentration. Due to the gas diffusion effect, not the stoichiometric mixture but the mixture with a slightly higher concentration of 11% gets the highest peak overpressure and the shock wave speed along the tube. In the full-scale tunnel, for fuel lean and stoichiometric mixture, the maximum peak combustion rates is achieved before arriving at the boundary of the original methane accumulation region, while for fuel rich mixture, the maximum value appears beyond the region. It is also found that the flame region for the case of stoichiometric mixture is the shortest as 72 m since the higher explosion intensity shortens the gas diffusion time. The case for concentration of 13% can reach up to a longest value of 128 m for longer diffusion time and the abundant fuel. The “serious injury and death” zone caused by shock wave may reach up to 3–8 times of the length of the original methane occupied region, which is the widest damage region.     

采空区进风侧煤柱着火进行灭火时防止瓦斯爆炸的对策

以孔庄煤矿Ⅲ2水采区7337回风联络巷自然发火情况及处理经过为例,笔者介绍了在采空区瓦斯浓度较高情况下,采空区进风煤柱着火的火势发展情况与着火特点。分析灭火过程发生瓦斯爆炸的可能性;提出了在安全前提下灭火步骤、灭火措施和注意事项;总结了灭火工作中成功的经验与失败的教训,即在扑灭井下火灾过程中,必须做到:遵循“安全第一”的方针,制定科学、具体的灭火方案和正确、有效的灭火措施,要时刻加强火区气体成分检测,得出了防止瓦斯爆炸等一系列具有指导性的原则和行之有效的措施。     

隧道底板隆起的成因、分类与控制

在工程实践的基础上 ,全面地分析了隧底隆起的成因、分类与控制技术途径 ;总结和分析了隧底隆起破坏的 3种基本外在表现形式 ;在对引起隧底隆起的物理、力学与结构原因分析的基础上 ,提出了隧底隆起分类的 4种基本形式 ;同时也给出了按隆起破坏力学特征分类的 4种基本形式 ;总结归纳了隆起控制的一般原则 ,并提出了隧底隆起控制的技术途径。     

煤矿瓦斯突出事故不安全动作原因统计分析

为了从行为控制角度预防煤与瓦斯突出事故,在对88起重特大瓦斯突出事故资料统计的基础上,分析了煤矿瓦斯突出事故的基本特征、事故直接原因不安全动作及其相关法规特征,结果表明,非瓦斯突出矿井也可能发生瓦斯突出,突出事故在小型、乡镇矿井仍占主要地位;不安全动作原因可归为突出危险工作面作业、未及时支护、突出后未强化实施综合防突措施等3类;突出危险工作面作业严重程度最高的3种动作为采煤机割煤、放炮、风镐落煤;不安全动作原因共违反了3种法律法规的14个条款。     

公路隧道内危险物质泄漏扩散的研究

针对隧道内装有危险物质 (乙炔 )的载重车在行驶过程中发生小孔泄漏导致乙炔扩散的情况 ,建立了物理数学模型。即采用有限体积法和Simple算法 ,求解雷诺时均的Navier Stokes方程和k ε湍流模型。分析了车辆行使过程中危险物质释放前后隧道内的流场和两种释放方式下 (水平释放、垂直释放 )乙炔的浓度分布 ;针对不同的泄漏方式 ,考虑了后面跟随车辆及隧道顶部通风对乙炔扩散过程的影响 ;得出了有意义的结果 ,为进一步了解实际情况下危险气体扩散行为 ,并加以控制和减少事故提供了理论依据。