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。     

边坡钻孔作业中粉尘分布及其影响因素的数值模拟

为了改善露天矿边坡钻机穿孔作业粉尘质量浓度超标的现状,依据气固两相流动及梯度输送理论,对粉尘在风流中运动、扩散及沉降过程进行分析,建立粉尘在空气中的运动、扩散及沉降方程.以某铁矿S03#采场为例,运用计算流体力学的Fluent软件对边坡钻机粉尘质量浓度分布进行数值模拟,并与现场实测数据对比分析,模拟结果与实测数据基本吻合.研究结果表明：采场内粉尘质量浓度沿测点线方向先急剧上升,达到最大值后迅速下降至一个较小值,后逐步缓慢下降;穿孔开始后,粉尘质量浓度随时间推移逐步升高,至一定值时保持恒定.当采场风速为3.5 m·s-1、供气压力为1 MPa、钻孔深度为12 m及钻具转速为84 r·min-1时,粉尘质量浓度较低.     

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。     

综采工作面粉尘运动规律数值模拟及应用

为获取综采工作面喷雾降尘设计的合理参数,依据气固两相流理论,以综采工作面割煤过程中产生的粉尘运动为研究对象,建立了粉尘在矿井运动的数学模型;以峰峰集团新三矿2308综采工作面为例,利用fluent对综采工作面粉尘运动进行数值模拟,并与矿井的实际粉尘质量分数分布情况进行了比较、分析,并设计出适合该矿使用的喷雾降尘装置,工业试验结果表明:该新型气水喷雾装置除了能够除去较大粒径的粉尘外,对于呼吸性粉尘也有较好的除尘率,该成果可以在相似采煤方法下加以推广应用,对矿井的安全生产具有积极的参考价值和指导作用。     

综采工作面粉尘运动规律的数值模拟

运用气固两相流动理论,建立粉尘运动的数学模型. 根据综采工作面的具体特点和实测数据,采用计算流体力学的FLUENT软件,对工作面的粉尘运动规律进行数值模拟. 模拟结果显示,粉尘产生后多数随风流在煤壁一侧运动,少数粉尘随机扩散. 综采工作面的除尘重点应该放在采煤机下风向10m以内的煤壁一侧;预湿煤壁对降低工作面粉尘浓度也有很大作用.     

综放工作面粉尘运动的数值模拟及试验研究

运用气固两相流动理论建立了粉尘颗粒的离散型数学模型,采用Fluent软件,对成庄矿3309综放工作面的粉尘运动分布规律进行了数值模拟和实测.结果表明:利用数值模拟方法可以得到粉尘颗粒的运动分布特征,工作面割煤、移架、放顶煤各工序过程粉尘的浓度分布规律不同,粉尘浓度出现最大值的位置不同,难以沉降的呼吸性粉尘的分布区域也不同;经对比实测数据与模拟结果较为一致.研究结果可以为现场防尘技术措施提供理论性指导.     

胶带输送巷粉尘分布规律数值模拟研究

为了掌握粉尘在胶带输送巷道内的分布及运移规律,确定影响粉尘分布的关键因素,选取某矿井胶带输送机大巷包含转载点节段为研究对象,建立巷道及胶带输送机三维实体模型,根据气固两相流理论,运用DPM模型,对不同边界条件下的粉尘分布运移规律进行数值模拟研究。结果表明,胶带输送机的运行速度、巷道平均风速以及转载点的存在都对粉尘分布产生影响。其中,带速的提高会导致巷道沿程粉尘浓度升高,在带速为3.5 m/s时,人行道中线与巷道中线最高粉尘浓度分别达到27.5 mg/m~3与150 mg/m~3;转载点的存在会使其后方粉尘浓度上升速率变大;适当提高巷道平均风速有利于降低沿程粉尘浓度,风速为5 m/s时,人行道中线与巷道中线最高粉尘浓度分别降为7.5 mg/m~3和40 mg/m~3。     

胶带输送巷道粉尘浓度分布的数值模拟及实验研究

为了改善胶带输送巷道粉尘浓度超标的现状,探索影响粉尘浓度分布的主要因素,根据相似原理,结合气固两相流的运动方程,导出了模拟胶带输送巷道粉尘运动的相似准则数,建立了胶带输送巷道相似模型,运用计算流体力学的Fluent软件对胶带输送巷道相似模型粉尘浓度分布进行数值模拟,并与相似实验数据对比分析,模拟结果与实验数据基本吻合.研究结果表明,巷道平均风速及胶带运行速度是影响粉尘浓度分布的两大主要因素.巷道平均风速为0.15~0.60m·s-1时,风速越大,粉尘浓度越低.胶带运行速度为1~2.5m·s-1时,运行速度越大,粉尘浓度越高.     

顺煤层钻孔抽放瓦斯数值模拟与应用

为获取顺煤层钻孔抽放瓦斯的合理参数,依据煤层瓦斯流动理论和质量守恒定律,以顺煤层抽放钻孔周围瓦斯流场为研究对象,建立了钻孔抽放瓦斯流动方程的数学模型. 以新庄孜煤矿5213掘进工作面为例,采用MATLAB对钻孔瓦斯流场进行数值模拟,并与矿井的实际抽放情况进行了比较和分析,得出了适合该矿煤层的瓦斯抽放参数. 抽放参数可以在淮南矿区相近煤层赋存条件下推广应用,以利于矿区高瓦斯矿井的安全生产.     

粒径分布对水泥水化过程影响的数值模拟

为了模拟水泥粒径分布对水泥水化过程的影响,本文建立了一个基于水化深度的水化模型。该模型假定水泥水化过程由水化深度控制,且水化深度随时间的变化关系与颗粒粒径无关。通过等温差示扫描量热仪测定了2种不同粒径分布水泥的等温水化热曲线,根据试验结果分析得出最大水化深度的存在,并推导得出水化模型所需的基准水化速率。最后将建立的水化模型用于模拟水泥的等温水化热曲线。结果表明:基于水化深度的水化模型能够准确模拟水泥粒径分布对水泥水化过程的影响。     

薄煤层炮采工作面粉尘运动规律的数值模拟

以临沂矿区田庄煤矿N2601薄煤层炮采工作面为研究背景,运用Fluent软件,通过气固两相流数值模拟方法对工作面各产尘工序粉尘运移规律进行研究。结果表明:人工攉煤和打眼产生粉尘多数向人行道扩散,而爆破落煤产生粉尘多数随风流沿煤壁运动,少数粉尘向人行道一侧扩散。研究结果可以为现场炮采工作面防尘技术措施提供理论指导。     

卸矿站粉尘质量浓度分布的数值模拟

针对卸矿站卸矿时巷道内粉尘浓度严重超标这一现状,根据相似性原理,运用fluent软件对卸矿站卸矿时巷道内粉尘浓度分布进行模拟,得出不同监测面粉尘浓度随时间变化规律,并与现场实测数据对比分析,模拟结果与实测数据基本吻合。研究表明,卸矿时粉尘浓度分布受冲击风流影响较大,卸矿站巷道内粉尘主要由卸矿坑产生,经冲击风流携带而出,造成巷道内粉尘浓度较大;定期对卸矿站壁面进行洒水,不仅能清除卸矿站壁面粉尘,而且能在一定程度上吸附新产生粉尘,降低巷道内粉尘浓度。     

卸矿站风流流场及粉尘浓度分布规律的数值模拟

针对卸矿站卸矿时巷道内粉尘浓度严重超标这一现状,根据相似性原理,运用Fluent软件对卸矿站卸矿时巷道内粉尘浓度分布进行模拟,得出不同监测面粉尘浓度随时间变化规律;并与现场实测数据对比分析,模拟结果与实测数据基本吻合。研究表明,卸矿时粉尘浓度分布受冲击风流影响较大,卸矿站巷道内粉尘主要由卸矿坑产生,经冲击风流携带而出,造成巷道内粉尘浓度较大;定期对卸矿站壁面进行洒水,不仅能清除卸矿站壁面粉尘;而且能在一定程度上吸附新产生粉尘,降低巷道内粉尘浓度。     

巷道型采场爆破粉尘质量浓度分布及变化规律的数值模拟

为掌握采场爆破作业时粉尘质量浓度的分布及变化规律,获取通风除尘设计的合理参数,以李楼铁矿-200m水平44号采场为研究背景,依据气固两相流理论,运用Fluent软件对巷道型采场爆破粉尘质量浓度分布规律进行数值模拟,并与现场实测数据进行对比分析.研究结果表明:模拟结果与实测数据基本一致.在采场进路断面方向,粉尘质量浓度呈由左至右、由下至上降低的分布规律;在轴线方向,粉尘质量浓度呈中间高,两侧低的分布态势;当联络巷风速为2 m/s时,采场空间内粉尘沉降及排出效果较好;此外,还可通过加强壁面洒水及安装压入式通风等措施改善粉尘的沉降及排出效果.     

大直径煤层钻孔注水压裂防治冲击地压数值模拟

为消除冲击地压危险性,采用数值分析方法模拟大直径煤层钻孔注水压裂过程,分析单孔不同侧压系数和多孔不同布置方式下注水压裂效果.研究结果表明:注水使煤层大范围卸压,产生的大量裂隙削弱煤体应力,水的作用改变煤体的物理力学性质,有效防治冲击地压发生;裂缝扩展方向与侧压系数相关,随侧压系数增大,裂缝扩展方向由竖直方向转为水平方向;不同钻孔布置方式卸压效果不同,沿垂直方向四方布置卸压范围比单排布置和三花布置高出35.8%和31.3%,四方布置更适合于冲击地压矿井厚煤层开采,分析结果对冲击地压矿井安全开采具有重要指导意义.     

皮带运输巷道粉尘质量浓度分布规律的数值模拟

为了掌握皮带运输巷道粉尘质量浓度的分布规律,获取通风除尘设计的合理参数,以西石门铁矿提升车间系统40#皮带运输平巷为研究背景,依据气固两相流理论,运用计算流体力学的离散相模型对皮带运输巷道粉尘质量浓度进行数值模拟,并与现场实测的粉尘质量浓度分布情况进行对比分析,模拟结果与实测数据基本吻合.研究表明,运用欧拉--拉格朗日法对皮带运输巷道粉尘质量浓度分布规律进行模拟是可行的.在通风除尘设计中,当巷道风速为3 m.s-1时,排尘效果最好,粉尘质量浓度整体保持在3 mg.m-3以下;皮带运输速度为2.5 m.s-1时粉尘质量浓度较低;定期进行壁面洒水也能在一定程度上实现降尘目标.     

石棉筛分车间粉尘质量浓度分布规律的数值模拟

为了掌握石棉选矿厂筛分车间内部粉尘随时间和空间运移的规律,获取通风除尘优化的参数,以茫崖石棉矿第一选矿厂筛分车间为研究背景,依据气固两相流理论,采用计算机流体力学的离散相(DPM)模型对筛分车间粉尘浓度分布规律数值模拟,并与现场粉尘浓度实测数据比较分析,模拟结果和实测数据相吻合.研究结果表明:筛分设备附近粉尘浓度较高,以筛分设备为中心随着距离增加粉尘浓度降低;捕集边界下粉尘浓度比反弹边界较低,粉尘捕集效果更好;筛分车间进风风速控制在0.6m/s左右时,粉尘沉降效果较好;安装抽风集尘罩后,主抽风管风速为14 m/s时,平均控尘效率达到90%,石棉纤维浓度控制在2.52f/mL以下.     

樊庄北部3号煤层现今应力场分布数值模拟

为了制定针对樊庄区块北部煤层气井区3号煤层的有效缝网改造措施,利用工区二维地震资料对石炭系二叠系的构造样式及断层特征进行解释,在此基础上,利用压裂法、成像测井及有限元数值模拟方法对山西组3号煤层现今应力场特征进行研究。结果表明,3号煤层主应力满足σ_H > σ_v > σ_h,各主应力随深度的增加而增加,σ_v、σ_H及σ_h的应力梯度分别为0.025 MPa/m、0.018 MPa/m及0.013 MPa/m。3号煤层的σ_H及σ_h均略高于其顶底板砂泥岩地层1.0~2.5 MPa,这种应力特征易造成压裂穿层,缝高难于控制;3号煤层σ_H-σ_h为2.0~6.0 MPa,且随深度增加而增加,这是造成工区埋深相对较浅的煤层压裂效果较好、产气量相对较高的重要原因。研究区现今地应力方向在SN及NNE之间,与喜马拉雅中晚期构造挤压运动相关。有限元模拟显示,煤储层应力场平面分布特征受控于埋深、岩性、褶皱及断层等因素。3号煤层σ_H为15.6~21.0 MPa;σ_h为12.5~16.0 MPa,预测结果与实测值相符。     

全断面高效快速掘进工作面粉尘分布规律数值模拟

为优化全断面高效快速掘进工作面局部通风布置,改善通风除尘效果,以神华煤炭集团大柳塔煤矿52502工作面为研究背景,利用GAMBIT软件建立工作面几何模型,基于标准k-ε紊流模型和离散相DPM模型,运用FLUENT软件对长压短抽方式下的工作面粉尘分布规律进行数值模拟。结果表明:粉尘总体沿巷道回风侧分布,粉尘集中带为距工作面端头15 m范围内和巷道回风侧中下部;大断面下压入式通风有效射程为15~16 m;当前抽出式风筒左侧吸风口处于压入式风筒有效射程内,影响除尘效果;延伸抽出风筒出口位置至工作面掘进机处,能有效改善除尘效果。模拟结果对改进快速掘进工作面通风除尘系统具有重要指导意义。