采空区孔隙率非均质模型及其流场分布模拟

分析了现有采空区渗透率分块取值或仅按走向上连续分布取值计算方法的缺点,引用顶板岩层沉降理论,建立了垮落带介质孔隙率和渗透率的非均匀连续分布模型;并引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型,采用多孔介质流体计算的单区域处理方法,建立了涵盖工作面与采空区统一流场的数学模型.U型采场模拟分析表明:距煤壁10 m以内,受支架和煤柱支撑作用,孔隙率较大为0.4左右,采空区深处岩层沉降明显,其深部边界处孔隙率已接近0.1,总体上采空区倾斜方向和工作面推进方向上孔隙率表现为二维分布规律;漏风风流沿工作面倾向在中间位置点之前即汇出,沿采空区深度方向上漏风强度逐渐减小,在距工作面约40 m时趋于一致,总体上漏风流场垂直于工作面煤壁的中心线呈现出非对称的分布规律.

综采工作面采空区漏风规律数值模拟

为得到综采工作面及其采空区的流场分布,基于通风网络理论推算得出采空区漏风阻力系数模型。该模型综合考虑采面的回采速度,顶板岩性,采空区倾向上顶板的沉降量等因素影响,利用FLUENT软件及其自适应网格技术,对国投新集能源股份有限公司刘庄煤矿121103工作面及其采空区漏风流场进行数值模拟,并对模拟结果与现场实测工作面风量分布进行比较,工作面风量分布趋势吻合较好。模拟结果表明：该工作面向采空区漏风主要发生在倾向0~25 m区域内,在该区域内,漏入采空区内的风量有部分返回至工作面;在倾向25~215 m区域内,工作面风量变化不大;采空区漏风流场等值线在倾向上并不是对称分布的,在采空区走向0~10 m及倾向20~30 m区域内存在低速区。

走向高抽巷合理层位的FLUENT数值模拟

为获取走向高抽巷抽采瓦斯的最佳位置,构建走向高抽巷条件下的采空区瓦斯运移模型.通过FLUENT数值模拟软件分析了高抽巷与回风巷不同平距,与煤层顶板不同垂距条件下,抽采瓦斯的效果.数值模拟和现场应用结果表明:高抽巷布置在回风巷附近,与倾向断裂线边界0.46倍带宽(回风巷侧裂隙带);且位于冒落带之上,与其边界垂高2.8倍采高时,效果最好,能有效解决工作面瓦斯超限问题,保证工作面安全回采.

煤层水力压裂增透技术研究与应用

为了解决坦家冲煤矿2264-1N-S采煤工作面回风巷瓦斯浓度频繁超限问题,提高本煤层钻孔瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出危险性,提出采用水力压裂增透技术提高煤层透气性。通过对压裂孔周围煤体环向拉应力进行分析,结合环向最大拉应力理论,计算得到煤体裂纹起裂临界水压为15.7 MPa。采用研制出的水力压裂设备进行现场试验后表明:单孔瓦斯抽采流量及抽采浓度均有明显提高,且煤层瓦斯流量衰减系数较低。

独头巷道射流通风流场CFD模拟研究

独头巷道压入式通风是有限空间的受限贴附射流。独头巷道通风风流流场是通风理论和通风设计的基础。笔者根据流体动力学和射流理论 ,建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风的紊流k -ε数学模型 ,分析了计算边界条件 ,并应用计算流体动力学 (CFD)的方法模拟了独头巷道射流通风流场 ,从理论上得出了独头巷道有限空间受限贴附射流通风的规律 ,为研究独头巷道合理并有效通风提供了新的理论依据。

管道风流PIV实验中示踪粒子特性

为选择适合巷道风流PIV实验的示踪粒子,以6种不同物理属性的固体微粒为实验粒子,利用PIV系统采集管道突扩模型下隅角附近的粒子图像.用粒子图像的曝光度、信噪比及处理后得到的矢量、流线图来反映粒子的光学和动力学特性.研究结果表明：粒径是影响示踪粒子跟随性、散射性、均匀性和信噪比的主导因素;粒径越小,粒子跟随效果越好而散射性和信噪比越差;当测试区域较大时,示踪粒子适宜的粒径范围为0.2-2μm,可选择光扩散剂或二氧化硅;当对流场细节要求较高时,可选择粒径0.2μm以下的祭祀燃香烟雾粒子.

掘进巷道风流温度场分布规律的研究

从质量、能量和动量守恒原理出发,导出了描述掘进巷道风流紊流流动和温度分布的微分方程。通过理论分析和现场实测,系统地开展矿内掘进巷道风流流场和风流温度场的分布规律及其耦合作用机理的理论分析研究,并采用SIMPLE算法、利用PHOENICS程序进行数值模拟,初步得出了掘进巷道风流温度随风速提高呈负幂函数规律降低、随入风流温度升高而线性升高的变化规律,对矿井掘进工作面高温治理具有一定的指导意义和使用价值。

煤矿噪声治理研究

对煤矿工业产生的噪声进行了分析 ,针对噪声源多、噪声声压级高、低频突出和传播较远等缺点 ,选择合理的方案分别治理 ,最后噪声合成之后 ,使噪声A声级降到 5 0dB以下 。

混合式局部通风独头巷道热环境数值模拟研究

基于k—ε湍流模型,运用Airpak2.1软件模拟了周源山煤矿一混合式局部通风独头巷道的风流流场、流线、温度场、PMV—PPD、平均空气龄分布,研究结果表明,在大断面巷道面积S=12 m2,抽压风筒口距工作面距离L抽=16 m,L压=8 m,抽压风量比为2∶1的前压后抽混合式通风条件下,风筒布置和抽压风量配比合理,工作面风速0.15≤v≤4.0 m/s,温度t≤26℃;采用热舒适指标PMV—PPD和空气质量指标空气龄对热环境进行数值预测与评价,评价结果与现场调研有较好的一致性。

采空区混合气运动基本方程及其有限元解法

针对采空区瓦斯与空气混合气三维非线性渗流及扩散传质问题，考虑混合气密度不均匀及重力作用下的上浮因素，建立了三维采空区内变密度混合气非线性渗流及扩散运动的基本方程组．通过数学变换，得出该方程组的相容耦合可解方程组，并用Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法和上游加权技术对其求解．文末，介绍了可解方程组的相容耦合迭代求解过程和算例．

采场复杂流场的流体动力相似与模化问题

本文针对几何边界复杂、流态分布复杂和重力作用与机械压力ｐ相当的复杂采场流场，利用相似理论的基本原理，导出了此问题的全部准则，并分析了它的流体动力相似问题。本文首次提出了采场实用的复合欧拉准则（Ｅｕ＇），并再次论证了湍流度非独立性的特点。

基于移动参考框架的矿内运输工具活塞风数值模拟

提出了采用基于移动参考框架的k-ε湍流模型对矿内运输巷道内的气流组织进行数值模拟.通过计算流体力学(CFD)应用软件Gambit和Fluent等,模拟矿内运输工具运动方向与风流方向一致情况下的巷道内空气流场的空间矢量分布情况.数值模拟结果表明:巷道内风流组织形式复杂,各个区域流速差别较大,与各参数选择有密切关系.

大采高综采工作面风流流动规律数值模拟分析

为了更好地掌握大采高综采工作面风流流动及分布规律,以便了解工作面粉尘运移状况,基于风流流动数学模型,根据神东补连塔煤矿22306大采高工作面实际情况,建立相应的物理模型,并采用FLUENT软件进行了模拟。

突扩巷道流场回流区边界PIV实验与数值模拟

为探究突扩巷道断面风速分布规律,准确确定流场回流区边界,利用粒子图像测速仪(PIV)对矩形均直突扩巷道流场进行测试,并对不同突扩比和不同入口风速条件下突扩流场进行数值模拟。研究结果表明:风流经过突扩巷道后流线由平滑直线发生突变,在突扩位置后上下隅角形成回流旋涡区,回流区域负值风速的存在使得回流区内速度分布呈现"Ω"型,随着距离的增加速度分布逐渐趋于稳定并呈"∩"型,断面风速由"Ω"型分布向"∩"型分布的过渡位置即为突扩巷道流场回流区边界位置;在风速0.1~2.5 m/s内,回流区边界位置随着风速的增大有较大变化,而在风速2.5~25.0 m/s内,回流区位置随风速的增大变化较小;当风速一定时,回流区边界位置随着突扩比的增大而距突扩过渡面越远,即回流区越长。

矿内空气非定常流动数值模拟分析

建立井巷内空气非定常流动能量方程和通风网络中非定常流动的数学模型。根据该模型可以模拟出矿井通风系统内非稳态下任意时刻、任意位置的风压和通过风量。分析了由进风井提升容器升降、矿车运行等扰动源引起风流脉动时巷道空气压力和风量变化规律。在扰动源有规律地扰动过程中 ,所引起的巷道空气压力和风量变化可视为周期振荡。

不规则介质采场模糊渗流的数学模型

由于采空区陷落岩石构成的气体孔隙渗流介质空间是极度复杂和不规则的，并且目前还不存在可行的手段对采空区内部状态进行观测。利用传统的数学物理方程描述的渗流问题的精确解与采空区岩石陷落形成严重不规则介质空间的现实是不相符的。本文提出了采场气体渗流的模糊微分方程，给出了模糊渗透性系数和非均匀孔隙介质采场气体稳定渗流的模糊解概念。

云南小型矿山通风系统建立的若干问题分析

矿井通风系统作为金属非金属矿山地下开采八大系统之一,其建立并可靠运行对矿山地下开采有重要作用。云南省作为全国矿业大省,矿产资源分布广,拥有大量的矿山企业。其中,小型矿山开采过程中,未充分意识到矿井通风系统建立的重要性。本文针对目前这些矿山通风系统建立中存在的一些主要问题,提出云南省小型矿山通风系统建立的途径,以便为小型矿山井下安全可靠开采提供保障。

多风井系统风机切换期间的矿井风流状态控制研究

根据通风网络回路能量守恒定律,介绍了热风压对通风网络分支风流状态影响的分析方法,提出了考虑热风作用条件下网络风流状态控制原理,针对潘三煤矿热风压对网络分支风流影响的实例,提出并实施了热风压作用下矿井通风网络风流状态的控制措施,达到了有效控制网络分支风流状态,实现潘三煤矿西风井风机切换期间矿井的安全。

瓦斯气在煤矿巷道中的流动规律和推荐的安全采煤法

综合了在横截面为 1m× 1m,长 7m (长径比为7) ,一端封闭 ,一端开口通往大气 ,顶面可向上倾斜、水平或向下倾斜的 7m3爆炸试验装置内做的 70多次爆炸结果 ,给出了瓦斯气在煤矿巷道中的运动规律 ,得出不合适的通风将加速瓦斯气 -空气可爆混气的形成 ,使煤矿瓦斯爆炸几率增大 ,爆炸烈度增加 ,并给出使煤矿瓦斯爆炸几率降到最小的煤矿“安全采煤法”。

煤层倾角对采空区流场及瓦斯分布的影响研究

为获得不同煤层倾角条件下的采空区流场及瓦斯分布变化规律,以平煤六矿22310工作面为原型,通过建立采空区数学物理模型并设置边界条件,数值模拟了工作面采空区气体压力、漏风和瓦斯分布情况,并与该工作面现场实测通风参数对比,对模型可靠性进行验证。在已建立模型的基础上,模拟了煤层倾角分别为5.75°、35.75°、65.75°时的采空区气体压力、漏风和瓦斯分布,对比分析了三种煤层倾角下的采空区流场及瓦斯分布变化规律。结果表明:随着煤层倾角增加,采空区气体压力降低,压力梯度升高;工作面漏风量变化微小,漏风分布规律不变;采空区瓦斯浓度和采空区瓦斯总量降低。