回采工作面瓦斯运移规律的数值模拟

基于异重流原理,从紊流状态下的守恒原理出发,导出描述回采工作面风流中瓦斯紊流运移的微分方程,并采用ＳＩＭＰＬＥ方法求解。通过数值模拟,得到工作面采煤机地瓦斯浓度分布结果,采煤机附近高浓度区瓦斯浓度随风速增加呈幂指数降低,随瓦其涌出量增加而线性增加。     

煤层钻孔瓦斯流量的数值模拟

煤层瓦斯流动是一个复杂的非线性物理过程,为定量模拟钻孔瓦斯流量,在分析煤层瓦斯流动基本特征的基础上,把吸附瓦斯的解吸视为游离瓦斯渗流的连续分布源,建立了煤层瓦斯流动的数学模型。通过数学变换,确定了煤层瓦斯流动数学模型的基本方程和定解条件。运用有限元方法对煤层瓦斯流动方程进行了求解,编制了FORTRAN解算程序。介绍了煤层钻孔瓦斯流量数值模拟的工程实例,将数值模拟结果与实测结果进行了对比,分析了偏差产生的原因。研究结果表明,数值模拟准确反映了煤层瓦斯流动基本规律,能够定量预测煤层钻孔瓦斯流量。     

煤层瓦斯运移的模拟现状分析

本文从实验技术和数值模拟两方面分析了煤层瓦斯渗流、瓦斯抽放、瓦斯涌出和瓦斯突出的模拟现状,总结了前人的研究成果,提出了新的研究方法Boltzmann,这为进一步探讨矿下瓦斯运移提供新的思路。     

低透气煤层预裂瓦斯运移数值模拟及抽采试验

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难问题,利用数值模拟软件RFPA2D-Flow再现了采取煤层深孔爆破预裂后,瓦斯在煤层及爆生裂隙中的流动规律.研究结果表明,预裂圈内煤和岩石的孔隙率大大提高,煤层透气性显著增加,但当裂隙圈之间不相交时,瓦斯同样很难在完整的低透气性煤体中运移,因此只有当抽采瓦斯钻孔处在裂隙圈中才能高效抽采瓦斯.现场试验证实,低透气性煤层预裂后,有效导通裂隙增加,布置在裂隙圈内抽采瓦斯钻孔可以获得高效抽采瓦斯效果,从而降低煤与瓦斯突出危险性.     

基于同步运移理论的瓦斯抽采气固耦合数值模拟

以煤层瓦斯扩散渗流同步运移理论为基础,综合考虑瓦斯抽采过程中煤体变形引起的孔隙率、渗透率变化,建立了瓦斯抽采气固耦合动态数学模型。以晋城某矿为例,结合该矿煤层赋存特征,借助Comsol multiphysics软件进行了数值模拟,模拟结果表明在瓦斯抽采过程中有效抽采半径与抽采时间符合幂函数关系;随着煤层埋藏深度增加,上覆应力增大,煤层孔隙率和渗透率降低,是导致瓦斯抽采难度增加的主要原因,为此如何能提高煤层的渗透率和孔隙率是增加瓦斯抽采率的关键;单纯增大抽采负压对提高瓦斯抽采率影响不大。该研究结论为优化瓦斯抽采工艺参数提供了理论依据。     

W型通风采空区自燃带和瓦斯运移规律的数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent对焦煤集团某矿2303综放面采空区进行了数值模拟,研究2303综放面采用W型通风方式下采空区的自燃带和瓦斯运移规律。结果表明:2303综放面采用W型通风系统后,工作面两端压差较少,可以有效防止采空区煤炭自燃,能起到均压防灭火的作用,可以有效的解决上隅角瓦斯超限问题和减小采空区瓦斯爆炸界限宽度,通过对W型通风方式下两条进风巷风量为1:1、1:2、2:3时进行分析得出,当两条进风巷风量相同时工作面向采空区漏风量和工作面两端压差最小。现场实测氧气浓度与数值模拟氧气浓度相吻合,验证了数值模拟方法的可靠性。     

煤层钻孔瓦斯抽放数值模拟

为了寻求合理的钻孔抽放参数,采用数值模拟的方法,应用计算流体力学软件fluent6.3建立了钻孔瓦斯抽放流动模型,通过气体渗流理论模拟抽放过程瓦斯流动规律,分析了抽放负压和煤层渗透率对瓦斯抽放效果的影响规律。结果表明:瓦斯抽放有效半径为2 m左右,抽放负压对抽放半径的影响不是很明显;瓦斯抽出量随抽放负压的升高而增加;煤层渗透率对瓦斯抽放量的影响比较大。模拟的抽放影响半径与现场实测结果基本一致。该模型可以对现场瓦斯抽放提供理论指导。     

采空区瓦斯渗透影响的综放面瓦斯运移模拟研究

采用UDEC数值模拟软件,结合实验数据,分析了上层煤层采动对相邻煤层之间岩层的影响,得出岩层裂隙发育规律;依据岩层裂隙发育规律和现场监测数据,利用Fluent软件建立模型,分析工作面不同推进距离时的瓦斯渗透规律。模拟结果表明:随着采煤工作面的推进,综放面后方未冒落区底板受采动影响破坏深度趋于稳定值,邻近煤层采空区瓦斯的渗透量逐渐增加,对综放面瓦斯运移的影响相应变大。     

独头巷道内瓦斯运移规律数值模拟

独头巷道内瓦斯异常出是引起煤矿井下瓦斯爆炸事故的主要原因之一.采用计算流体力学软件对独头端异常涌出后瓦斯在巷道中时空分布规律进行数值模拟研究.独头端的涌出速度采用幂函数的变化规律进行模拟.模拟过程监测了不同时刻巷道中心线瓦斯浓度分布情况以及巷道不同断面瓦斯浓度分布等值线图.模拟结果表明,巷道上部分瓦斯浓度比下部分瓦斯浓度大,瓦斯浓度沿巷道分为3个部分:先降低,后升高,然后又降低.涌出后一段时间瓦斯浓度降低部分非常短,整个瓦斯浓度是升高部分,且沿巷道长度方向基本呈直线升高.该研究对矿井瓦斯爆炸事故调查、通风风量调节、灾害预警以及应急救援具有一定的意义.     

变温条件下深部煤层瓦斯分布规律的数值模拟

深部煤层瓦斯运移过程及分布规律与温度场、瓦斯渗流场及应力场耦合密切相关.基于深部煤层瓦斯运移的热流固耦合模型,结合实际的煤层条件和实测数据,开展了煤层瓦斯赋存规律的数值模拟,研究了瓦斯压力和瓦斯含量分布规律的影响因素.结果表明:煤层渗透率是影响瓦斯压力分布的主要因素,其中煤体的有效应力系数、初始孔隙率、弹性模量以及吸附应变系数均对渗透率有着重要的影响;煤层瓦斯含量受瓦斯压力和煤层温度的共同影响,不考虑煤层温度预测得到的瓦斯含量结果偏大.     

苏里格气田低输导动力条件下天然气运移效率实验模拟

浮力是油气运移的主要输导动力之一。孔隙空间是主要的输导通道。在输导动力低的情况下,相对低渗透储层(阻流层)对油气运移效率的影响程度增大。结合鄂尔多斯盆地苏里格气田地质条件,采用物理模拟和侵入渗流数值模拟,研究了低输导动力条件下油气运移输导效率影响因素。认识到构造幅度较低时输导动力变弱,储层非均质性高、物性较差容易形成阻流层,阻流层分散天然气资源,成为影响输导能力的瓶颈。提出苏里格气田生烃面积虽大,但运移效率低是天然气储量大但资源丰度低的主要原因。     

流固耦合作用下含水层地下储气库天然气注采运移规律研究

针对地下储气库天然气注采运移过程中较少考虑应力场与渗流场相互耦合作用的不足,基于多孔介质弹性力学和渗流力学理论,建立了含水层型地下储气库天然气注采运移的流固耦合数学模型。首先通过对研究区块岩心开展三轴试验和应力敏感性试验得到储盖层的岩石力学参数和渗透率与有效应力的关系曲线,在此基础上建立了含水层地下储气库计算模型并对储气库天然气注采运移开展数值模拟研究,对比了耦合模型与传统渗流模型的计算精度;并重点讨论了储层渗透率、储层厚度、注入速率和排水量等参数对天然气运移规律的影响。计算结果表明:建立的流固耦合模型与传统渗流模型的计算结果具有较好的一致性,考虑流固耦合作用比非耦合作用下的储层压力增加1.04 MPa。含气饱和度随着储层渗透率和注入速率的增加而非线性增大,随着储层厚度的增大而非线性减小,随着排水量的增加影响不明显。     

矿井大气中瓦斯迁移的理论研究

运用流体力学和传质理论．提出了描述矿并大气中瓦斯迁移运动的数学模型；分析了几种出现积聚层情况下的瓦斯迁移机理和主要参数选取．并给出了求解微分方程组的数值方法。     

高位顺层钻孔瓦斯抽放数值模拟

针对八连城煤矿19号煤层62.1%~71.6%的瓦斯来源于采空区的问题,提出高位顺层钻孔抽放采空区瓦斯的治理方案.基于关键层理论和"O"形圈理论,分析了采空区上覆岩层裂隙形态,对瓦斯在其中的运移规律进行了研究,认为在上覆岩层采动裂隙中瓦斯流动符合达西定律.利用商业软件COMSOL-Multiphysics对瓦斯抽放进行了数值模拟,直观展示了瓦斯抽采时的瓦斯分布状态.模拟结果表明瓦斯抽放有效降低了瓦斯压力,给现场瓦斯抽放提供了理论依据,具有重要的实践意义.     

页岩气层内运移机理分析及应用

前人对页岩气运移的研究主要集中于吸附-解吸附规律及其在微纳米孔喉中扩散流动的微观运移规律。页岩气的层内运移也会受到流体势的控制,介于页岩的孔渗特点,流体势的高低取决于孔隙流体压力。根据不同地质环境的孔隙流体压力差异,建立3种页岩气层内运移的理论模型:①褶皱中的层内运移模型;②差异剥蚀引起的层内运移模型;③有机质成熟度差异引起的层内运移模型。微观运移为层内运移提供必要的运移通道,层内运移进一步促进微观运移的过程。在此基础上,对川东地区焦石坝断背斜开展页岩气层内运移机理研究。结果证明,川东地区焦石坝断背斜中,页岩气和孔隙压力分布情况与建立的层内运移模型相一致。通过页岩气的层内运移和微观运移规律研究,更有助于准确地找到油气勘探的"甜点区"。     

毒性重气瞬时泄漏扩散过程CFD模拟与风险分析

应用以计算流体动力学(CFD)为依据的毒性重气扩散模型,以氯气为例,结合具体释放场景,计算得到氯气瞬时泄漏后在不同风速情况下扩散过程的运动特征与浓度时空分布信息;进而根据英国卫生安全执行局毒负荷模型计算得到毒负荷云图;以浓度和毒负荷场分布及变化特征为依据,对伤害等级区域进行划分,对风险进行了动态分析.研究结果表明利用该扩散模型计算的数据能定性和定量地动态分析毒性重气扩散过程的近场风险.     

铝电解槽集气结构的数值模拟研究

为了降低铝电解烟气的无组织排放,提高电解槽集气效率,采用数值模拟的手段对电解槽原集气结构中的内部流场分布情况进行模拟.以此为基础,研究了下烟道集气结构改造方案,并开发了新型上烟道集气结构.结果表明:原下烟道集气结构压力损失为363Pa,集气均匀性差,烟道积灰严重,集气效率低.下烟道集气结构改造简单,投资低,改造后可显著提高集气效率,但压力损失和积灰现象没有明显改善.新型上烟道集气结构改造较为复杂,投资较高,但改造后集气效率显著提高,同时压力损失显著降低至187Pa,烟道没有明显积灰.