黄陵二号煤矿综采工作面采空区瓦斯流动规律数值模拟研究
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摘要
随着科技的进步,大多高产矿井使用综合机械化采煤方法。该方法效率高、推进速度快,但其开采强度大,采空区遗煤多、空间也大、围岩破坏程度严重,使得采空区涌向工作面的瓦斯急剧上升,工作面回风巷和上隅角瓦斯频频超限。掌握综采工作面采空区瓦斯流动规律并对采空区实施抽放措施是降低工作面瓦斯涌出量和上隅角超限的主要手段。研究采空区瓦斯流动规律对煤矿安全生产十分必要。
     本文系统总结了采空区瓦斯运移规律及数值模拟研究成果。根据前人研究成果和黄陵二号煤矿107综采工作面采空区瓦斯抽放的现状提出考虑非等高拱形冒落的采空区三维多孔介质模型并用Fluent对其进行数值模拟。在研究过程中首先通过流体力学、瓦斯渗流力学和多孔介质流体力学等理论建立了综采工作面采空区瓦斯渗流的数学方程。其次,通过现场考察107综采工作面高位裂隙钻孔的单孔瓦斯抽放情况,得到采空区上覆岩石裂隙带和冒落带的高度,尤其是得出了冒落带非等高冒落的具体情况为建立采空区三维模型提供了依据。然后,本文通过Fluent模拟采空区瓦流动规律得到结论为:回风侧瓦斯浓度较高,在回风侧冒落带拱形冒落弧线区有大量高浓度瓦斯聚集,其瓦斯浓度可达到7%,这个区域大致在距回风侧5-30m,高度为12-25m。最后,利用模拟得到的采空区瓦斯流动规律优化了107综采工作面高位裂隙钻孔的参数,并为以后的采空区瓦斯抽放提供了依据。
With the development of science and technology, most productive use of integrated mechanized mining methods mine. This method is efficient, fast forward, but its exploitation of strength, residual coal mined-out area and more space large rock mass gravity, and also serious damage of surrounding rock, making gob area flock to face a sharp rise in gas, face return air Lane and the upper corner gas frequently overrun. So master Workface Gob gas flow pattern and the implementation of drainage measures in mined-out area is to reduce the face amount of gas emission and the upper corner of the primary means of transfinite. Study on the gas flow law in gob is necessary for coal mine safety.
     This paper systematically summarizes the gob gas migration law and numerical simulation research. According to previous research results and the Gas Drainage status of 107 workface gob on Huangling NO.2 mine that it will consider the non-high-arched gob caving in three-dimensional porous medium model and use numerical simulation of Fluent. In the course of the study, first through the fluid, gas seepage mechanics and the theories of fluid mechanics in porous media has established Workface Gob mathematical model of gas seepage. Secondly, through on-site visits 107 workface high gas drainage hole drilling conditions to be mined-out area of overlying rock fractures zone and the height of caving zone, especially come to caving zone of non-specific high-risk fall conditions for the establishment of gob area provide a basis for three-dimensional model. Then, this paper Fluent simulation of flow pattern tile gob area to be concluded as follows: return air side of high gas concentration in the return air side of caving arch arcs area with a large number of high concentrations of gas gathering, the gas concentration can be achieved 7%, roughly the region away from the return air side of 5-30m, a height of 12-25m. Finally, using simulated by the law of gob gas flow optimizes the high fracture drilling parameters in 107 workface, and for subsequent gob drainage was provided.
引文
[1]国家安全生产监督管理总局.http://www.chinasafety.gov.cn/2006-12/21/content_211531.htm.
    [2]国家安全生产监督管理总局. http://www.chinacoal-safety.gov.cn/sgkb/sgkb_mksg.htm.
    [3]孙培德,鲜学福.煤层瓦斯渗流力学的研究进展[J].焦作工学院学报(自然科学版),2001,20(3):161-167。
    [4]周世宁,孙辑正.煤层瓦斯流动理论及其应用[J].煤炭学报,1965,2(1):24-36.
    [5]郭勇义.煤层瓦斯一维流场流动规律的完全解[J].中国矿业学院学报,1984,2(2):19-28.
    [6]谭学术.矿井煤层真实瓦斯渗流方程的研究[J].重庆建筑工程学院学报,1986,(1):106-112.
    [7]孙培德.煤层瓦斯流动理论及其应用[A].中国煤炭学会1988年学术年会论文集.北京:煤炭工业出版社,1988.
    [8]孙培德.煤层瓦斯动力学及其应用的研究[J].山西矿业学院学报,1989,7(2):126-135.
    [9]孙培德.瓦斯动力学模型的研究[J].煤田地质与勘探,1993,21(1):32-40.
    [10]孙培德.煤层瓦斯流动方程补正[J].煤田地质与勘探,1993,21(5):61-62.
    [11] Sun Peide. Coal gas dynamics and its applications[J]. Scientia Geologica Sinica. ,1994,3(1):66-72.
    [12] Sun Peide. A new method for calculating the gas permeability of a coalseam[J]. Int. J. Rock Mech. Min. Sci & Geomech. Abstr.,1990,27(4):325-327.
    [13] Sun Peide. Study of the dynamic models for coal gas dynamics (part1)[J]. Min. Sci. Technol.,1991,12(1):17-25.
    [14] Sun Peide. A new method for rational arrangement of gas drainage bore[J]. Min. Sci. Technol.,1991,13(3):105-111.
    [15] Sun Peide. Distributions of gas pressure in a radial flow field[J]. Min. Sci. Technol.,1991,13(3):409-415.
    [16]杨其銮,王佑安.煤屑瓦斯扩散理论及其应用[J].煤炭学报,1986,11(3):62-70.
    [17]孙培德.煤层瓦斯流场流动规律的研究[J].煤炭学报,1987,12(4):74-82.
    [18] Saghafi,A.煤层瓦斯流动的计算机模拟及其在预测瓦斯涌出和抽放瓦斯中的应用[A].第22届国际采矿安全会议论文集.北京:煤炭工业出版社,1987.
    [19]罗新荣.煤层瓦斯运移物理模型与理论分析[J].中国矿业大学学报,1991,20(3):36-42.
    [20] Somerton W. H. Effect of stress on permeability of coal[J]. Int. J. Rock Meck. Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., 1975,12(2):151-158.
    [21] Harpalani,S. and Mopherson,M. J. The effect of gas evacatiom on coal permeability test specimens[J]. Int. J.Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. . 1984,21(3):361-364.
    [22] Harpalani,S. . Gas flow through stressed coal[D]. Univ. of california Berkeley,Ph. D. thesis, 1985.
    [23] Gawuga J. . Folw of gas through stressed carboniferous strata[D]. Univ. of Nottingham, Ph. D. thesis, 1979.
    [24] Khodot, V. V. . Role of Methane in the stress state of a coal seam[J]. Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki poleznykh iskopaemykh. 1980, (5).
    [25]林柏泉,周世宁.含瓦斯煤体变形规律的实验研究[J].中国矿业学院学报,1986,15(3):67-72.
    [26]林柏泉,周世宁.煤样瓦斯渗透率的实验研究[J].中国矿业学院学报,1987,16(1):21-28.
    [27]姚宇平,周世宁.含瓦斯煤的力学性质[J].中国矿业学院学报,1988,17(2):87-93.
    [28]何学秋,周世宁.煤和瓦斯突出机理的流变假说[J].中国矿业大学学报,1990,19(2):1-9.
    [29]许江,鲜学福.含瓦斯煤的力学特性的实验分析[J].重庆大学学报,1993,16(5):26-32.
    [30]鲜学福.地电场对煤层中瓦斯渗流影响的研究[A].国家自然科学基金资助项目研究总结报告,1993.
    [31]梁冰,章梦涛.可压缩瓦斯气体在煤层中渗流规律的数值模拟[A].中国北方岩石力学与工程应用学术会议论文集.北京:科学出版社,1991.
    [32]赵阳升.煤体-瓦斯耦合数学模型及数值解法[J].岩石力学与工程学报,1994,13(3):229-239.
    [33]章梦涛,王景琰.采场空气流动状况的数学模型数值方法[J].煤炭学报,1983,(3):46-53.
    [34]邸志乾,丁广骥。放顶煤综采采空区“三带”的理论计算与观测分析[J].中国矿业大学学报,1993,22(1):8-16.
    [35]张东明,刘见中.煤矿采空区瓦斯流动分布规律分析[J].中国地质灾害与防治学报,2003,14(1):81-84.
    [36]李宗翔,海国治,秦书玉.采空区风流移动规律的数值模拟与可视化显示[J].煤炭学报,2001,26(1):76-80.
    [37]撒占友,何学秋等.戊-21191综采工作面采空区及下隅角瓦斯分布规律研究[J].煤矿安全,2001,(10):27-30.
    [38]李宗翔,王继仁,周西华.采空区开区移动瓦斯抽放的数值模拟[J].中国矿业大学学报,2004,33(1):74-78.
    [39]王凯,吴伟阳.J型通风综放采空区流场与瓦斯运移数值模拟[J].中国矿业大学学报,2007,36(3):277-282.
    [40]李宗翔,李建新.W型通风冒落采空区流场数值模拟计算[J].辽宁工程技术大学学报,2007,26(6):816-818.
    [41]胡千庭等.采空区瓦斯流动规律的CFD模拟[J].煤炭学报,2007,32(7):719-723.
    [42]李树刚等.综放采空区瓦斯渗流规律数值模拟研究[J].矿业安全与环保,2008,35(2):1-3.
    [43]王济凯等.采空区漏风流场的Fluent数值模拟[J].山东煤炭科技,2009,(1):86-87.
    [44]魏小文等.采空区瓦斯运移规律的相似实验与树脂研究[J].中国矿业,2009,18(4):113-115.
    [45] Jacob Bear. Dynamics Of Fluids In Porous Media[M]. American Elsevier Publishing Company ,INC.1972.
    [46]黄金等.采空区自燃三带漏风流场的数值模拟[J].煤炭科学技术,2009,37(6):60-63.
    [47] M.L.Ogilvie.Gas drainage in Australian underground coal mines[J]. Mining Engineering,1995,47(1):50-52.
    [48]张伟.综放面采空区瓦斯渗流规律及其数值模拟研究[D].西安:西安科技大学,2008.
    [49]陕西省煤田地质局一九四队.陕西省黄陇侏罗纪煤田黄陵矿区二号井田勘探地质报告[R]. 2004.
    [50]方前程.下石节煤矿穿层钻孔抽放采空区瓦斯合理布孔参数的研究[D].焦作:河南理工大学,2008.
    [51]钱鸣高、刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社,1991.
    [52]康永华等.覆岩破坏的钻孔观测方法[J].煤炭科学技术,2002,(12):26-28.
    [53]官云章等.瞬变电磁成像技术在冒落带探测中的应用[A].世纪之交煤矿地质学术论文集.西安:西安地图出版社,1999,463-465.
    [54]于克君等.煤层顶板“两带”高度的微地震监测技术[J].煤田地质与勘探,2002,(1):47-51.
    [55]张兴华.综采工作面采空区瓦斯运移规律及其应用[D].阜新:辽宁工程技术大学,2002.
    [56]于勇等.FLUENT入门与进阶教程[M].北京:北京理工大学出版社,2008.
    [57]温正等.FLUENT流体计算应用教程[M].北京:清华大学出版社,2008.
    [58]叶青等.回采工作面瓦斯涌出规律研究[J].中国矿业,2006,15(5):38-41.
    [59]王洪刚.采空区漏风流场与瓦斯运移的叠加方法研究[D].西安:西安科技大学,2009.

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