U型和Y型通风方式下工作面流场特征及瓦斯浓度分布规律探究

保证采煤工作面的安全通风是矿井安全生产的重要保障。不同通风类型下工作面流场形态和瓦斯浓度分布特性不同,为探究采煤工作面不同通风类型下瓦斯浓度分布及流场分布特征,以U型和Y型通风方式为例,运用COMSOL数值分析软件,建立了工作面和采空区瓦斯流动的物理模型,并对两种通风类型下的工作面和采空区流场分布和瓦斯浓度分布规律进行了模拟研究。结果表明:在U型通风条件下,工作面有三个瓦斯易产生积聚的地点,瓦斯浓度达到了1.25%,而Y型通风条件下只存在一个,瓦斯浓度1.20%~1.25%之间;在采空区瓦斯浓度分布方面,U型通风条件下不管是瓦斯积聚区域面积还是瓦斯浓度均大于Y型通风条件;两种通风类型下,流场在工作面都经历的复杂到简单再到复杂的转换过程,Y型通风较于U型通风,采空区瓦斯浓度整体降低,并且在Y型通风条件下,采空区上隅角的流场情况发生改变,可有效解决U型通风条件下,上隅角瓦斯积聚的问题。

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。

U型通风上隅角瓦斯浓度超限治理理论与模拟

针对U型通风上隅角瓦斯浓度容易超限的难题,采用解析法研究了U型通风的漏风场和由插管抽采产生的流场,结合二号斜井A504回采工作面参数,采用Fluent软件分别模拟了仅上隅角封堵及上隅角封堵联合插管抽采的瓦斯治理效果。结果表明,仅上隅角封堵治理瓦斯效果有限,封堵上隅角与插管抽采采空区瓦斯联合作用是治理U型通风上隅角瓦斯浓度超限的根本措施。

U型通风方式采煤工作面上隅角瓦斯处理方法

通过对U型通风方式采煤工作面上隅角的瓦斯积聚形成原因的分析,以及对设置临时挡风帘、提高采面供风量、设置采空区风幛、U+L通风系统专用排瓦斯尾巷、高位钻孔抽放瓦斯等五种处理上隅角瓦斯超限方法效果的比较分析,总结出了较好的处理上隅角瓦斯超限的方法。

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。

U型通风下采空区发火过程模拟研究与模型改进

为了解U型通风下采空区遗煤层自然发火过程中,不同时间的温度和升温区的变化,提出使用颗粒流理论为基础的模型。解决氧的等效、流动和与煤反应的3个基本问题,并用FISH予以实现。根据实际工况模拟得升温过程可分为3个阶段,并分析了6个发展时间的升温特征,得遗煤发火自燃过程中升温区的变化与氧气流动有很大关系。采集这6个时间的实际遗煤层温度,分析与模拟结果的差别,得到模型还应考虑割煤时在遗煤层内部产生裂隙。改进后模型结果虽与实际升温区变化仍存在一定差异,但在升温时间与温度的关系方面更为准确,升温区扩散程度也更为接近事实。

“U+L”型通风系统条件下采空区三维流场实验研究

基于采空区三维流场模拟实验台,进行了U型和"U+L"型通风系统模拟实验研究。通过改变进回风压力差及尾巷联络巷与工作面的距离,分析不同参数下的采空区压力场和瓦斯浓度场的分布规律。实验结果表明:采空区漏风强度与进回风压差有一定关联;高瓦斯区主要集中在偏向回风侧的压实区内,其位置及范围随通风参数的改变而变化,在现场可对此区域进行重点抽采;缩短尾巷联络巷距工作面步距,可在一定程度上控制采空区内高瓦斯区域的范围。

U型坩埚上升法生长碘化铅单晶体

碘化铅(PbI2)晶体是一种性能优异的室温核辐射探测器材料。由于铅、碘化铅和碘三种物质的蒸汽压差很大,很难生长出优质的碘化铅单晶体。本文根据碘化铅熔体容易分解及Pb-I系统中熔体分层的特性,设计制作了新型的生长坩埚,并采用U型坩埚上升法生长出了橘黄色、半透明状的碘化铅晶体,初步测得其电阻率为1.7×1012Ω.cm,红外透过率为45%。

U型单相永磁同步电机振动及噪声的有限元分析

单相永磁同步电机日益广泛的应用于常用家电中,然而强烈的振动和噪声阻碍了单相永磁同步电机的推广和使用.基于二维非线性时步有限元法,首先对U型单相永磁同步电机进行电磁场计算并获取定子电磁力,再利用Workbench软件建立该电机实体3D模型,通过对该电机振动响应的数值仿真,求取定子电磁力作用下的振动位移、速度及加速度.最后使用LMS Virtual.Lab提取声学边界条件并获取声压在空间的分布和声压频响特性.为进一步优化改进该类电机结构以减小电机振动、噪声和提高电机工作性能奠定了基础.

凤凰山矿15#煤层U型通风工作面高位钻场钻孔瓦斯抽放技术研究

针对凤凰山矿151304综采工作面U型通风系统下开采初期瓦斯超限实际,结合矿井煤层赋存情况,经论证得出其上覆9#煤层的瓦斯涌出是151304工作面瓦斯涌出的主要来源;根据9#煤层存有272m实体煤且原始瓦斯含量大的特点,实施高位钻场钻孔瓦斯抽放。现场应用结果表明,该条件下高位钻场具有布置钻孔多、抽放浓度高等优点,可有效抽采和拦截9#煤层卸压瓦斯向15#煤层采空区的涌入,并有效改变15#煤层采空区瓦斯流态。

前进式U形通风采空区风流与自燃的数值模拟

基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型通风采空区自然发火模型.通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-O_2-CO浓度和温度分布状态及其变化来描述自燃过程.在计算中,采空区非均质性按自然冒落考虑,兼顾瓦斯涌出对自燃的耦合作用;模拟得到,在前进式开采特有的3面漏风边界条件下,采空区自燃位置(最高温点)在开切眼冒落区进风一侧,自燃产生的有害气体和瓦斯随漏风流从回风边界渗出.在前进开采U型通风形式下,通风量在到达工作面时衰减很大,因此,前进开采布置一次推进距离不易过大;解决好沿空留巷的封堵材料和正确的堵漏措施,是保证前进式开采顺利进行的技术关键.

U型和U＋L型通风采空区流场数值模拟研究

利用Fluent软件,对U型和U+L型通风下的采空区流场进行了数值模拟,对比分析了两种通风方式下的采空区瓦斯浓度分布规律和采空区自燃危险区分布情况。结果表明:U+L型通风较U型通风采空区内瓦斯浓度整体降低;采空区瓦斯爆炸范围往采空区深部移动,但是瓦斯爆炸区域宽度变小。沿采空区走向方向,两种通风方式下的采空区中部瓦斯浓度上升较快。U+L型通风较U型通风采空区内自燃危险区域往采空区深部移动,并且采空区自燃危险区域的宽度也明显增加。

U+L型通风采空区瓦斯运移数值模拟与实验研究

为获取U+L型通风综采采空区瓦斯运移规律,依据渗流理论和质量守恒定律,建立了综采采空区瓦斯运移方程;以淮南矿区1111综采工作面为研究对象,采用FLUENT软件对采空区瓦斯运移规律进行了三维数值模拟研究,并采用相似材料实验方法对数值模拟的可靠性进行了验证;从数值模拟和实验结果对比分析来看:采用FLUENT数值模拟方法研究采空区瓦斯运移规律是合理、可行的,与相似实验结果相一致;U+L型通风方式下,采空区在走向、倾向和竖直方向上瓦斯分布具有一定规律性;与U型通风方式相比较,U+L型通风通过增加尾巷抽排瓦斯的方式,可明显降低工作面和上隅角瓦斯浓度,以确保矿井安全生产。

U型单相自起动永磁同步电机电磁振动与噪声分析

针对U型单相自起动永磁同步电机在运行中出现的振动与噪声问题进行数值仿真分析。采用时步有限元法与二维傅里叶分解相结合的方法,获得电机定子内圆处的径向、切向电磁力的频率、阶次和幅值的对应关系;采用动力学有限元法与声场边界元法的非耦合直接计算,对单相电机的振动噪声进行分析。结果表明,单相永磁电机中电磁力的切向分量大于径向分量,在分析振动噪声问题时不可忽略切向电磁力,影响电机振动的主要是1、2、3阶次对应的2倍频和4倍频谐波分量,这一结论为深入探求削弱电机振动噪声的方法提供了理论依据。

易自燃工作面“U+L”形通风系统氧化带宽度影响因素分析

为了使工作面"U+L"形通风系统能够高效应用,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对工作面"U+L"形通风系统高效应用的衡量原则及不同供风量条件下联络巷距工作面距离与采空区氧化带宽度的关系进行了研究。结果表明:随联络巷距工作面距离增加,采空区氧化带宽度先减小后增大,这一现象与传统观点恰好相反,通过理论分析给出了二者的完整关系曲线及形成原因;工作面供风量与采空区氧化带宽度近似满足指数函数关系,且风量越大这种关系越明显;当联络巷距工作面距离大于30 m时,距离越大,工作面供风量的变化对采空区氧化带宽度的影响越明显;当联络巷距工作面20 m时,风量增加对氧化带宽度变化的影响最弱。假设采空区允许的最高氧化带宽度为50 m,工作面供风量为3000 m^(3)/min及4000 m^(3)/min时,在不采取措施的条件下采空区遗煤容易发生自燃;当工作面供风量为1000m^(3)/min及2000 m^(3)/min时,联络巷的间距不能大于43 m和30 m。

基于示踪气体的“U”型通风工作面煤自燃治理技术

分析了底抽巷的存在对邻近上分层采空区漏风的影响,通过定点释放示踪气体确定了漏风源和漏风汇,初步判断了采空区的内外部漏风通道。示踪气体测试漏风通道试验表明,该工作面采空区完全处于漏风中,漏风源为进风隅角、底抽巷;漏风汇为上隅角和密闭墙。最后根据漏风通道和O2浓度,对采空区"三带"进行了划分,并判定了煤自燃危险区域,根据测试结果,对采空区进行了防治,效果明显。

回采工作面U+L型通风系统高效应用方案研究

为了使工作面U+L型通风系统能够高效应用,采用理论分析方法,从回风巷瓦斯浓度、采空区煤炭自燃、通风系统管理及经济合理性4个方面对工作面U+L型通风系统高效应用的判定方法进行了分析;构建了U+L型通风系统模拟模型,应用数值模拟方法对工作面供风量分别为1000、2000、3000、4000 m^(3)/min条件下的联络巷至工作面距离与工作面上隅角瓦斯浓度的关系进行了分析,对联络巷处于不同位置时工作面供风量与氧化带宽度的关系进行了研究。研究结果表明:联络巷至工作面距离与工作面上隅角瓦斯浓度近似满足指数函数关系,且风量越低这种关系越明显;以1%作为上隅角瓦斯体积分数超限标准,当工作面供风量为1000、2000、3000 m^(3)/min时,联络巷间距分别不能大于11、34、50 m;当工作面供风量为4000 m^(3)/min时,无论联络巷处于何处上隅角瓦斯体积分数均不超限。工作面供风量与上隅角瓦斯体积分数近似满足负指数函数关系,且联络巷至工作面距离越大这种关系越明显;当联络巷间距为10、20、30、40、50 m时,工作面的供风量分别不得低于1000、1500、1800、2400、3000 m^(3)/min。工作面供风量与采空区氧化带宽度近似满足指数函数关系,且联络巷至工作面距离越大,这种关系越明显;以50 m作为采空区允许的最高氧化带宽度,当联络巷间距设定为40、30、20、10 m时,工作面供风量不应大于1200、1900、2200、2000 m^(3)/min。最后,以采空区氧化带最大宽度为50 m、工作面上隅角最高允许瓦斯体积分数为1%为标准,提出了2套联络巷高效排放瓦斯的技术方案:①当工作面供风量为1000、2000 m^(3)/min时,联络巷的间距不能大于11、34 m;当工作面供风量为3000、4000 m^(3)/min时,联络巷易引起采空区遗煤自燃。②当联络巷间距设定为10、20、30 m时,工作面供风量应1000~2000、1500~2200、1800~1900 m^(3)/min。

U型通风系统采空区瓦斯抽采技术研究

本文针对自燃煤层U型通风系统工作面上隅角瓦斯积聚现象,采用ANSYS数值模拟对瓦斯浓度与风速的关系进行研究,并根据工作面内瓦斯积聚规律,实施了U型通风系统采空区瓦斯抽采技术,通过工程实践证明此方案能够有效解决U型通风系统工作面上隅角瓦斯积聚的现象。

高瓦斯煤层工作面综合瓦斯治理技术应用

某矿为了优化工作面布置方式,提高回采率,缓解采掘接续紧张等问题,工作面布置方式由U+L型变为简单的单U型。根据煤层赋存情况及瓦斯涌出量特征,在合理的通风系统及充足的配风基础上,采取了综合瓦斯治理措施,掘进采取边掘边抽+释放钻孔,回采采取单侧顺层定向本煤层钻孔+顶板倾向定向钻孔+上隅角埋管瓦斯抽采等技术措施。通过以上瓦斯治理技术,有效解决了高瓦斯煤层单U型通风工作面采掘过程中的瓦斯问题,经济和社会效益显著。

四位一体采空区抽放措施在U型通风系统的应用

以岳城矿1309(上)综采工作面为研究对象,叙述"四位一体"采空区综合抽放措施重点治理采空区瓦斯的方法,探讨其中存在的问题及对策,以期保证U型通风系统安全运行,从根本上解决采空区通风问题。