铁法矿区高瓦斯矿井瓦斯抽取技术

铁法矿区８对生产矿井，１对建设矿井，都是高沼气矿井，其中大兴矿为煤与瓦斯突出矿井。矿区煤层赋存稳定，属近距离缓倾斜煤层群，含煤１７层，煤层瓦斯含量高，储量达２８２．８８亿ｍ＾３，是煤安全生产重大隐患。铁法局以抽放瓦斯作为治理瓦斯的治本手段，全局建有１０套抽放系统抽放方法８种，其中具有世界煤层气开采先进技术两种，采用和矿井抽放率分别达３０％和２５％以上，１９９５年抽取瓦斯２２１１万ｍ＾３，供２．２万     

回采采空区上隅角瓦斯治理的数值模拟与参数确定

用迎风有限元数值模拟方法结合图形显示技术，从理论上直观展示了回采工作面采空区上隅角瓦斯聚积和各种治理方法的流体力学原理。重点探讨了利用数值模拟试验方法解决上隅角瓦斯治理方案中合理参数的确定问题。     

高瓦斯面顶板走向钻孔抽放数值模拟与试验

高瓦斯矿井"U"型通风工作面采空区上隅角容易积聚瓦斯。以渗流理论为基础,根据气体扩散定律和质量守恒定律,建立了顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯流场数学模型,并用6点隐式有限差分法进行了求解。以VB6.0为平台,利用工程软件SURFER模拟了抽放钻孔周围瓦斯压力场,并在现场进行了工业试验。理论研究与现场实践均表明:顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯是解决高瓦斯工作面上隅角瓦斯积聚的一种行之有效的措施;顶板裂隙程度和状态是影响瓦斯抽放量的主要因素,将钻孔布置在适当的裂隙带中,瓦斯抽放浓度可达30%～90%,抽放负压可达50～55 kPa;数值模拟方法研究采空区瓦斯运移等工程实际问题是可行的。     

采空区水平钻孔瓦斯抽放工艺与原理

针对采空区瓦斯抽放问题,讨论抽放钻孔布置、工艺特点及抽放原理。水平钻孔抽放的优点是可选择高的钻孔位置,能获得更大的瓦斯抽放浓度,可提高抽放效率。钻孔应选择在较坚固的岩层中,避免塌孔或遇到断层等构造破碎带。提出采空区水平钻孔瓦斯抽放模拟计算方案,计算了瓦斯抽放时流场风流规律。抽放时,工作面向采空区的漏风流,在下游回风段形成了上、下分流。模拟试验中,在扩大抽放流量时,能加大工作面向采空区的总体漏风量,而降低了采空区向工作面的漏回风量;随着抽放流量的增大,工作面与采空区风流交换平衡点向回风侧移动。由此给出抽放流量等于总漏回风量的绝对安全抽放关系准则,为确定瓦斯抽放流量及抽放浓度提供依据。     

我国矿井瓦斯及其抽放综述

本文统计分析了近几年全国６００多对煤矿瓦斯泽出量和１００多对煤矿抽放瓦斯量的变化动态，分析了煤矿抽放瓦斯（煤层气开发）的发展趋势与前景，在此基础上结合中国煤矿的地层，构造，煤层，煤质与瓦斯赋存等特征，建议有针地必地选择２～３个条件较好的局矿进行一定规模，各具特点的煤层气综合开发工业性试验，以便取得经验推而广之，使我国煤矿井下抽放瓦斯与地面钻孔开发煤层气在“九五”期间直至２０１０年能跃上一个新台阶。     

回采工作面采空区瓦斯涌出规律的数值模拟研究

从分析采空区内部的瓦斯源出发，用负指数函数描述各煤层瓦斯涌出强度的衰减过程。用迎风格式的有限元方法求解了非均质回采采空区流场的瓦斯-大气两相混溶渗流-扩散方程，以可视化技术描绘了采空区瓦斯涌出与风流交换和瓦斯分布变化规律的流体力学原理。模拟表明，采空区绝对瓦斯涌出量随工作面风量呈衰减变化。而与采空区瓦斯涌出强度呈显著地线性增加，与工作面推进度呈线性递减（但递减幅度不大）；工作面风量的突然增大会对瓦斯涌出量在短时间内（8min）产生剧烈的高峰影响，用逐渐增风方法可以避免瓦斯高峰涌出的影响。提出了采空区瓦斯涌出强度的概念，论证了用瓦斯涌出强度衡量采空区瓦斯涌出的科学意义。     

双柳煤矿矿井涌水量数值模拟研究

如何比较准确的预测矿井涌水量一直是国内外煤矿相关研究人员努力探求的重要问题之一。在充分认识和掌握研究区水文地质条件的基础上,建立了与实际情况相符合的矿井涌水量数值模拟数学模型,重点研究了模型的边界条件、模型的时间和空间离散、含水介质水文地质参数的确定,并运用目前较为流行的地下水数值模拟软件Visual Modflow对研究区进行了矿井涌水量数值模拟,得出了比较合理的矿井各水平井下涌水量,为矿井水害防治提供决策依据。     

不同开采条件下采空区地表变形机理的数值模拟研究

通过建立数值模型,模拟不同采深、采宽、采厚及不同开采倾角下采空区地表的变形,通过数值模拟及计算得出各开采条件下地表的下沉曲线及水平移动曲线,进而分析地表变形规律及变形机理,为研究开采引起的地表变形提供一种便捷的方法。     

济南市某铁矿采空区影响范围数值模拟

以济南某采空区为例,基于FLAC3 D数值模拟程序对采空区的稳定性进行数值模拟分析,获得了铁矿开采后采空区的应力及位移分布规律,在采空区上方确定了一个长为65 m的地表沉降严重区.数值模拟结果与经验公式计算的结果基本吻合,证实该方案合理,说明了采用数值模拟分析采空区的稳定性是可行的.     

穿层爆破在南桐矿瓦斯抽放中的应用与数值模拟

穿层抽放是一些高突矿井常用的瓦斯治理手段,在穿层抽放时采用爆破技术已被证明具有良好的抽放效果。以重庆市南桐矿穿层爆破为背景,建立了穿层深孔爆破数学模型;利用数值计算和现场实测抽放数据相结合的方法,分别研究了各爆破孔、控制孔动应力的变化以及爆破应力场强度与抽放效果的关系。研究结果表明,穿层抽放的特点决定了爆破孔与抽放孔的布孔方式。由于炮孔斜穿煤层,煤层各断面动应力场分布极不均匀,药包中心控制孔所受动应力为控制孔中最大。在南桐矿薄煤层试验条件下,药包长度为3.2 m的爆破孔平均破坏半径为0.57 m,较其他两排炮孔大20%以上。炮孔中药包长度是影响瓦斯抽放量的重要因素。爆破孔的平均单孔抽放量较控制孔高55%,爆破钻场较非爆破钻场平均单孔流量大49%。     

基于FLAC3D模拟的大规模采空区破坏概率研究

采空区稳定性的问题由来已久,但目前对采空区的整体稳定性评价结论几乎仍停留在定性层面上,特别是对于条件复杂的大规模地下矿山采空区,若能将其量化则在很大程度上将会对矿山安全提供一定的保障。针对大规模采空区稳定性的难题,在数值模拟的基础上引入采空区破坏概率的概念试图解决这一问题。在FLAC3D后处理的过程中,结合统计学中概率的基本原理,利用Excel的风险分析插件@Risk对FLAC3D网格单元的计算结果进行统计分析,并以95%的置信区间为准,从主应力、剪切破坏判据Fs以及弹性应变能等方面深入研究分析采空区的破坏概率,进而将采空区稳定性问题得以量化,同时得出了大量岩石网格单元主应力和弹性应变能分布服从韦布尔分布(Weibull)和对数正态分布(lognorm)的规律。量化不仅解决了空区稳定性的问题,也将为数值模拟开拓更为广阔的应用空间。     

Control of gas emissions in underground coal mines

A high level of knowledge is now available in the extremely relevant field of underground gas emissions from coal mines. However, there are still tasks seeking improved solutions, such as prediction of gas emissions, choice of the most suitable panel design, extension of predrainage systems, further optimization of postdrainage systems, options for the control of gas emissions during retreat mining operations, and prevention of gas outbursts. Research results on these most important topics are presented and critically evaluated. Methods to predict gas emissions for disturbed and undisturbed longwall faces are presented. Prediction of the worked seam gas emission and the gas emission from headings are also mentioned but not examined in detail. The ventilation requirements are derived from the prediction results and in combination with gas drainage the best distribution of available air currents is planned. The drainage of the gas from the worked coal seam, also referred to as predrainage, can be performed without application of suction only by over or underworking the seam. But in cases where this simple method is not applicable or not effective enough, inseam-boreholes are needed to which suction is applied for a relatively long time. The reason for this is the low permeability of deep coal seams in Europe. The main influences on the efficiency of the different degasing methods are explained. Conventional gas drainage employing cross measure boreholes is still capable of improvement, in terms of drilling and equipment as well as the geometrical borehole parameters and the operation of the overall system. Improved control of gas emissions at the return end of retreating faces can be achieved by installation of gas drainage systems based on drainage roadways or with long and large diameter boreholes. The back-return method can be operated safely only with great difficulty, if at all. Another method is lean-gas drainage from the goaf. The gas outburst situation in Germany is characterized by events predominantly in the form of ‘nonclassical' outbursts categorized as ‘sudden liberation of significant quantities of gas'. Recent research results in this field led to a classification of these phenomena into five categories, for which suitable early detection and prevention measures are mentioned.     

金属矿山采空区群形成过程中围岩扰动规律研究

以石人沟铁矿为工程背景,选取典型矿段,采用相似材料模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对该区域内采空区群形成过程中围岩的应力应变的演变规律进行研究。首先,利用相似材料试验,对采空区顶板的应力和位移以及矿柱的应力演变规律进行系统分析。然后,用数值模拟软件,对采空区群形成过程中开采对围岩的扰动范围进行系统研究。研究结果表明,在采空区群形成过程中,围岩应力-应变演变规律与采空区单独开采差异较大,每个采空区的围岩应力应变始终处于动态变化中,尤其是处于群区域中间部位的采空区,该处围岩的应力-应变状态也是最差的。群区域中,由开采对围岩造成的扰动较单独开采时急剧增大,且最终的影响范围并不是单独开采的简单相加,说明在区域内形成一种采空区的“群效应”,加剧采空区的危险程度。     

基于精密探测的金属矿山采空区群稳定性分析

采空区群的稳定性分析是一个复杂的地质问题,而在区域内存在一种群效应。准确地掌握采空区群的三维形态和空间的相对位置是进行稳定性分析的前提。以石人沟铁矿为背景,利用空区探测系统（CMS）对采空区进行了精密探测,并对探测数据进行处理和转换,在此基础上,应用3Dmine建立了采空区群的三维空间模型,经过进一步处理实现了与FLAC3D的耦合,建立了三维数值计算模型。根据计算结果对采空区群区域的应力场、位移场进行了分析,对群区域内的群效应进行了阐述。在此基础上对群区域地表位移进行了分析,确定了地表最大位移面积和采空区水平面积的比值。研究结果表明,区域内的群效应使应力和位移较单个采空区时都有了较大增加,且增加幅度并不是单纯的叠加,这种效应加剧了采空区的危险等级,将CMS、3Dmine和FLAC3D三者的优势结合起来,为采空区群得稳定性分析提供了一个准确而有效的途径。     

页岩气藏数值模拟模型研究进展

以页岩油气为代表的低品位油气资源勘探与开发不断取得重大突破,已经成为中国重要的接替性资源。开展页岩气渗流机理和数值模拟模型研究有助于实现页岩气藏开发的动态变化过程,为认识页岩气渗流规律、优化数学模型、产能评价和预测奠定技术基础。围绕页岩气多尺度多流态多重介质下的运移机理,系统地阐述了页岩气数值模拟模型的研究进展,页岩气数值模拟模型可分为等效连续介质模型、离散裂缝网络模型和混合模型,总结了这3类数值模拟模型的优缺点。等效连续介质模型原理简单,追求宏观尺度的等效,忽略了储层内部真实流态,适用于裂缝发育程度低的均质页岩气藏;离散裂缝网络模型准确反映复杂裂缝网络的渗流特征,可以描述高度离散裂缝的形态规律,适用于勘探程度高且裂缝高度发育的页岩气藏;混合模拟模型结合两者的优点,能够准确反映复杂裂缝网络和流体运移规律,在满足计算精度的同时又节约了大量的计算资源,随着计算处理能力的增强,混合模拟模型是今后的发展趋势。最后分析了页岩气藏数值模拟模型中存在的问题,并指出了发展方向。     

易自燃煤层综放工作面采空区自然发火防治数值模拟

本文针对古山矿065-2大倾角易自燃综放工作面上部有小煤窑火区和上分层火区、且自然发火期仅为15d、工作面火灾防治极其困难的问题,采用在采空区埋设束管、取样化验采空区气体成分的方法,得出采空区气体浓度场分布,划分工作面采空区的自燃"三带",计算出工作面日最小推进度为2.54m。运用Comsol软件,通过对采空区氧浓度进行数值模拟,并与实测采空区氧浓度进行对比验证,结果证明基于Comsol模拟采空区氧浓度分布是可行的,为易自燃煤层综放工作面采空区自然发火防治提供了可靠的理论指导。