瓦斯运移

摘要： 隧道建设过程中事故时有发生,瓦斯灾害往往造成严重的后果。本文研究依托我国西南地区某公路隧道为工程背景,主要进行的研究内容有:对隧道围岩进行注浆加固改变围岩的力学性能。基于数值模拟,分析研究围岩注浆前后瓦斯浓度的变化。模拟结果表明,在围岩进行注浆以后,瓦斯浓度稳定后大约在0.69%,对比注浆前隧道内瓦斯浓度的13%,大大改善了隧道内瓦斯的浓度。可以保证隧道进行正常施工,对隧道在施工期间的瓦斯灾害预防治理提供一定的指导作用。

摘要： 为了确定低瓦斯煤层高强综放开采工作面的合理长度,以布尔台矿42108综放面为研究对象,推导了综放工作面以通风能力校核工作面长度的公式,利用Fluent数值软件模拟了不同工作面长度下的瓦斯移运规律。结果表明:综放工作面以通风能力校核工作面长度的公式推导应充分考虑割煤及放煤回采率的差异性;工作面长度与瓦斯涌出量的作用关系存在临界值,工作面长度超过临界值后瓦斯涌出将对工作面安全生产产生较大威胁;结合理论计算与数值模拟结果最终确定42108工作面的合理长度为310 m。

摘要： 以古汉山矿1604综放工作面为研究对象,采取风量测定法及示踪气体法相结合的手段,分析了沿空留巷及“Y”型通风条件下采空区漏风及瓦斯运移规律,并结合抽采浓度及流量变化,分析了高位巷瓦斯抽采特征及影响因素,提出了针对性优化措施。结果表明:沿空留巷段漏风加大了采空区瓦斯涌出量及涌出范围,采空区瓦斯为工作面瓦斯涌出主要来源,漏风作用进一步增大了采空区瓦斯治理难度;高位巷布置在裂隙带下部,在一定程度上改变了采空区风流流动方向、削弱了采空区瓦斯涌出强度,但持续增大高位巷抽采流量,抽采纯量提高有限,当抽采流量在20~25m^(3)/min时,抽采浓度整体较高;采取有效措施减少沿空留巷段漏风并合理控制高位巷抽采流量,将有效降低漏风对抽采瓦斯的稀释作用,提高抽采浓度,实现抽采效率和效果最大化。

摘要： 煤中瓦斯运移要经过脱附-扩散-渗流等贯序环节才能进入钻孔或巷道。大量有关残存瓦斯含量、煤的瓦斯吸附解吸残余变形及吸附解吸迟滞的研究显示,煤中瓦斯脱附扩散过程较吸附扩散过程存在不可忽略的附加阻力,其大小由扩散路径长度及复杂度所控制。脱附扩散附加阻力影响基质系统与裂隙系统间的质量交换,但当前被广泛使用的双重孔隙煤体瓦斯运移模型并未考虑其影响,用于瓦斯抽采流场特性的理论分析时将使瓦斯含量被低估。基质系统与裂隙系统间的质量交换也被称为窜流,窜流函数是计算基质系统与裂隙系统间质量交换量/速率的关键函数。为了修正煤层瓦斯运移模型,开展了以煤粒(煤柱)吸附解吸等温测试模拟裂隙压力恒定的窜流试验,提出了瓦斯脱附扩散迟滞压力用于定量评价附加阻力,修正了双重孔隙煤体窜流函数,并同试验结果进行了对比验证。获得如下成果:明确了瓦斯脱附扩散迟滞压力的概念与物理意义;当最大吸附平衡压力相同时,降压过程中瓦斯脱附扩散迟滞压力随粒径增大而增大,对于同一样品,瓦斯脱附扩散迟滞压力随压降值的增大而减小;使用修正模型模拟煤柱瓦斯解吸过程与试验获得的等温解吸数据匹配度较好,R;可达98.2%。随着开采深度增加,地应力增大,煤的基质尺度将大幅增大,脱附扩散迟滞压力对于煤层瓦斯运移的影响将更加显著,通过技术手段减小脱附扩散迟滞压力应成为深部煤层瓦斯治理或煤层气开发需深入研究的问题之一。

摘要： 针对煤与瓦斯安全共采大型物理三维模拟实验中传感器布置问题,通过数值模拟、理论分析找寻瓦斯运移及压应力变化关键信息点,优化传感器布置参数,提高模拟实验相似性与采集效率;首先通过数值模拟建立瓦斯及压应力分布图谱,通过分析该分布规律中变化关键点信息;再次根据该位置点信息建立分时段、选择性数据采集方案,自主设计分布式通讯采集板卡,实现了单位时间下动态区域数据采集系统,降低了单位时间下数据采集量;最终通过差值算法对采样数据进行处理,获得了不同风速对瓦斯运移影响,并对开采至60 m处瓦斯富集区域进行了推断,与此同时,建立了沿煤层走向各个阶段下垂直应力分布图谱。通过将数据与微震监测结果进行比较,其结果互相吻合。

摘要： 为解决余吾煤业工作面瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯积聚等问题,文章以N1102工作面为研究对象,通过现场检测,分析采空区的瓦斯运移规律,得知工作面的瓦斯浓度在靠近回风侧30 m范围内的瓦斯浓度较高,在此基础上,运用FLUENT软件模拟在高抽巷抽采条件下采空区的瓦斯分布情况,最后通过现场实测数据验证采空区高抽巷的有效性。

摘要： 高瓦斯厚煤层综放工作面矿压显现剧烈,易对瓦斯释放、运移造成影响,为探究其内在联系,以主焦煤矿2303工作面地质生产条件为工程背景,建立了综放工作面顶板破断模型,计算结果表明,顶板首先在采空区中部发生破断,后在煤壁上方垮落;UDEC模拟结果表明,初次来压及周期来压步距分别为30,20 m,超前应力达到39.8 MPa后趋于稳定,集中系数为2.46,塑性区高度、宽度分别为100.2,168.7 m。实测数据显示工作面基本顶在31.0~32.2 m时初次破断,来压时支架应力为37.9~38.6 MPa,集中系数为2.33~2.38;工作面上、下部来压强度较大,中部来压强度较小。正常开采期间管道内瓦斯浓度及压力逐渐趋于稳定,管道内瓦斯浓度为6.0%~16.1%,瓦斯压力为13.0~18.2 kPa;来压期间抽采管道内瓦斯浓度为23.0%~24.6%,瓦斯压力为25.9~27.8 kPa。瓦斯的析出、运移和矿压显现呈周期性起伏,工作面瓦斯压力和浓度峰值滞后工作面顶板来压平均距离为1.0~1.1 m。据此规律,对瓦斯抽采布置进行优化,加强上隅角、采空区垮落带及裂隙带瓦斯抽采工作,保证工作面安全开采。

摘要： 针对特长瓦斯隧道多工作面施工通风流场问题,以阳宗隧道为依托工程,采用数值模拟软件Fluent对隧道左右洞、横通道及平导处通风流场及瓦斯运移规律进行分析,并结合现场实测数据进行验证。结果表明:通风流场在通风10 min后处于稳定状态,稳定流场状态下的隧道右洞通风流场分为冲击射流区、涡流区及回流区,而由于隧道左洞风筒距离隧道壁面相对较远,在风筒近壁面侧也会形成涡流区,施工过程中,风筒应紧贴隧道壁面;稳定后的隧道内左右洞、横通道及平导处风速均大于0.5 m/s,满足隧道现场施工要求;通风初期,瓦斯主要集中在掌子面区域,掌子面处风筒对侧拱顶瓦斯浓度明显高于其他区域;隧道左右洞掌子面处瓦斯浓度变化趋势为先缓慢上升,而后骤降,掌子面区域瓦斯浓度变化主要求取决于掌子面瓦斯浓度涌出强度。

摘要： 煤层微观孔隙结构对瓦斯储运特性具有关键控制作用,厘清煤的复杂孔隙网络结构表征对瓦斯高效抽采及灾害防治具有重要意义。通过流体侵入法、光电辐射与数字岩心技术,分别从孔隙多级性、网络特性、连通性、自相似性等开展对煤中孔隙网络结构特征的形态学、拓扑学和几何学新表征。结果表明:首先,随着孔隙尺度降低,多级孔隙形态由不规则外生孔转变为圆形矿物质孔或气孔,且不同阶段孔径分布大致呈递减趋势,其中微孔空间占主导地位,孔容和比表面积分别占56%~85%和92%~98%;不同煤样多尺度孔隙的三维重构体现出多级性和相似性,具有微纳米网络骨架特征且局部伴有纳米孔隙群,分别构成了储层气体运移微通道和主要赋存场所。其次,根据流体侵入法间接反映了孔隙网络连通性,运用分形维数论证了多级孔隙存在分段特征,且拟合系数高于0.9;利用数字岩心技术构建了具有拓扑等价的孔隙网络模型及其配位数,并基于泰勒多边形的煤体微观分形结构阐释多级孔隙间以串联为主的结构配置关系,证明了煤样作为分形几何体的可能性。最后,论证了绝大多数瓦斯分子是以吸附态附着在“填充孔-扩散孔-渗流孔”多级结构上,且微孔填充是煤中瓦斯主要赋存方式,其甲烷吸附量占比大都高于90%;填充孔(100 nm)充当与外界连通的“门户”,在此理解上构建了基于瓦斯赋存和运移方式的孔隙网络特征的表征模型。

摘要： 为研究特长高瓦斯隧道利用双斜井辅助正洞通风的问题,以贵州在建桐梓隧道为例,计算其需风量和选择风机型号,采用数值分析的方法研究了巷道式通风下隧道内风流场变化和瓦斯运移规律.结果表明,该通风方式隧道内瓦斯最高浓度为0.25%,降低了86%,正洞回风平均风速可达0.5 m/s以上,排风道风速均在0.75 m/s以上;射流区一侧瓦斯浓度沿隧道轴向呈“急速下降-逐渐稳定”的趋势,回流区一侧瓦斯浓度沿隧道轴向呈“急速下降-缓慢上升-逐渐稳定”的趋势;掌子面瓦斯浓度随时间呈“急速下降-缓慢上升-逐渐稳定”的趋势;轴向风速在掌子面附近会发生较大波动,瓦斯浓度在距离掌子面2 m的位置达到最小.

摘要： 采用计算流体力学Fluent数值模拟软件对贵州某矿33041综采面调整为"两进一回"W型通风系统前后采空区的瓦斯运移规律进行模拟研究.模拟结果表明:U型和W型通风的漏风流场明显不同,W型通风可以有效抑制采空区的漏风,漏风量比U型通风降低约31%,W型通风工作面两端的压差明显降低,降低约35%;W型通风可以有效解决U型通风上隅角瓦斯超限问题,能更有效的排放工作面和回风巷的瓦斯,还可以减少采空区瓦斯爆炸范围,有效避免采空区瓦斯爆炸的发生.通过对数值模拟结果与现场实测结果对比,验证了数值模拟结果的可靠性,研究成果对综采面的瓦斯治理及抽采设计提供了一定的理论依据.

摘要： 采动裂隙是瓦斯运移的通道,搞清瓦斯运移规律是瓦斯治理的前提.在考虑岩石动态破坏过程和含瓦斯煤岩渗流-应力-损伤耦合的基础上,结合平煤五矿实际地质条件和开采工艺,建立了数值计算模型,应用RFPA-Gas程序模拟了近距离上保护层采动顶底板岩层变形破坏、裂隙演化规律与瓦斯运移规律.模拟结果较好地再现了保护层开采过程中煤岩层应力变化、顶底板损伤及裂隙演化过程,得到了上覆岩层移动的"上三带"(冒落带、裂隙带和弯曲下沉带)和底板变形的"下两带"(底板变形破坏带和弹塑性变形带).得到了被保护层瓦斯流量分布、瓦斯压力分布和透气系数的变化规律,卸压煤层瓦斯透气性增大了2500倍,得到了煤壁下方压缩区和膨胀区之间的张剪瓦斯渗流通道,并将保护层底板压缩区和膨胀区的瓦斯渗流特征提炼出来:压缩区对应的是渗流减速减量区、膨胀区由卸压膨胀陡变区和卸压膨胀平稳区组成,分别对应着渗流急剧增速增量区和渗流平稳增量区.指出卸压膨胀陡变区是瓦斯突出危险区,为近距离保护层开采瓦斯治理指明了方向.实践表明,瓦斯治理效果显著.

摘要： 采动裂隙是瓦斯运移的通道,搞清瓦斯运移规律是瓦斯治理的前提。在考虑岩石动态破坏过程和含瓦斯煤岩渗流-应力-损伤耦合的基础上,结合平煤五矿实际地质条件和开采工艺,建立了数值计算模型,应用RFPA-Gas程序模拟了近距离上保护层采动项底板岩层变形破坏、裂隙演化规律与瓦斯运移规律;按瓦斯渗流速度将近距离保护层底板分为4个区:原始渗流区(原始应力带)-渗流减速减量区(应力集中带)-渗流急剧增速增量区(卸压膨胀陡变带)-渗流平稳增量区(卸压膨胀平稳带);在此基础上,提出了采场瓦斯抽采技术即在卸压膨胀陡变带布置抽采钻孔解决采场瓦斯超限。实践表明,瓦斯治理效果显著。

摘要： 根据多孔介质渗流理论,对山西斜沟矿的后期开采中可能存在的瓦斯问题进行了CFD数值模拟,通过模拟结果分析,在该矿的后续开采时期,在瓦斯含量为5.2m3/t区域,开采过程中会存在工作面瓦斯超限的问题,根据矿井条件,提出利用高位瓦斯尾巷的治理方法,通过计算确定了尾巷的位置,并对实施高位瓦斯尾巷的治理方法进行了模拟.结果证明,利用高位瓦斯尾巷的方法可以解决瓦斯超限问题,保证生产的顺利进行.

摘要： 为了在采空区顶板实施瓦斯抽放技术获得较高的瓦斯抽放效果,结合寺河矿现行的抽放方法以及存在的问题,针对高位走向长钻孔抽放效果的不均衡性,根据Darcy定律进行理论分析同时运用CFD软件模拟研究采空区空气流动规律和瓦斯运移规律,从而确定高位长钻孔的最佳布孔间距和最优抽放压力等抽放工艺参数,为采空区高位瓦斯抽放钻孔的设计提供了理论依据.

摘要： 煤层中随机裂隙展布模拟技术是瓦斯抽放数值模拟中的关键技术.利用Monte-Carlo模拟技术模拟实际煤岩裂隙的随机性,建立了随机分布裂隙煤岩体模型,并在Matlab平台下开发了二维随机裂隙煤岩体生成程序RFSS~(2D).在煤岩实测数据和统计分析的基础上,利用编制的程序不仅能生成与实际煤岩具有相同统计分布裂隙网络的虚拟煤岩体,而且能实现有限元网格自动剖分.以辽宁某瓦斯抽放试井作为数值算例,依据实测和统计数据建立了随机裂隙分布的煤岩体模型,模拟了瓦斯压和应力的演化规律,结果表明,与瓦斯抽放井连通的裂隙对瓦斯运移影响很大,与瓦斯抽放井不连通的裂隙对瓦斯运移也有影响,但影响有限.

摘要： 通过对忻州窑矿瓦斯的井下现场试验及实验室研究,准确了解矿井瓦斯的赋存规律、工作面瓦斯涌出规律、瓦斯的运移规律,提出适合于矿井瓦斯管理建议,为矿井安全生产创造条件。

摘要： 瓦斯是地质作用的产物,它的形成和保存、运移和富集,都同地质条件密切相关,并受到地质条件的制约。本文结合张双楼矿自身的地质特征,研究影响瓦斯运移、排放和保存的地质因素,发现瓦斯赋存规律,为瓦斯预测和治理提供依据。

摘要： 本发明涉及石油钻修井机技术领域，特别是一种管具存储移运系统及取管移运与存管移运方法，其中，管具存储移运系统，包括存储装置，包括存储架和连接于存储架上的至少一个竖向设置的存储格，存储格用于放置管具，存储格顶端敞口设置；举升装置，设置于存储格底部，举升装置能够将管具从存储格的敞口端顶出存储格；输送设备，设置于存储格上方，输送设备能够横向推动从存储格的敞口端顶出的管具。本发明的一种管具存储移运系统，整个过程管具运动轨迹可控、避免管具随机运动而导致脱落坠落伤人，并使管具从存储装置内移运至存储装置外的过程实现全自动化、无人化，从而降低劳动强度、提高管具处理的效率和管具操作的安全性。

摘要： 本发明提供了一种研究风流驱动煤体运移条件下瓦斯解吸规律的模拟实验装置中的第一煤样罐、多节螺旋状管路、第二煤样罐及其中间用于连接的管路构成了井下现场压风取样的相似模型，第一煤样罐的煤样相当于待取样的煤层，多节螺旋状管路相当于钻孔通道、第二煤样罐相当于孔口外的接样罐，再加上风流驱动模拟了井下压风取样的方式，最终达到与井下压风取煤样全过程的高度一致性；具备一份煤样、一次实验、研究两类解吸规律的功能，可为对比分析两类解吸规律提供更加准确、可靠的实验数据；该实验装置煤样瓦斯罐下端采用漏斗型设计，并且将高压气流的管子插入罐体，深入到漏斗型罐盖的出口位置，可以确保罐内煤样在阀门打开后顺利流出，并且无残留。

摘要： 本发明公开了一种模拟瓦斯在不同粒径大小煤样中运移的装置及方法。该装置包括瓦斯气缸、空气气缸、第一煤样罐和第二煤样罐，所述瓦斯气缸、空气气缸、第一煤样罐和第二煤样罐分别与真空泵连接，连接管路上设有流量计和阀门，连接管路为真空高压管；所述瓦斯气缸、空气气缸、第一煤样罐和第二煤样罐位于温度为25°C~30°C的恒温缸中。该装置能够模拟瓦斯在相同煤体、不同破碎程度中的运移情况；根据煤的破碎程度不同而改变瓦斯在煤样罐中的压强，来测定瓦斯在不同粒径煤样中的流量及运移速度，得出瓦斯在不同粒径大小的煤样中运移规律。本发明清楚的观察并记录到模拟实验中瓦斯的运移速度，为比较瓦斯在不用破碎程度煤样中运移情况提供理论依据。

摘要： 本发明涉及石油钻修井机技术领域，特别是一种管具存储移运系统及取管移运与存管移运方法，其中，管具存储移运系统，包括存储装置，包括存储架和连接于存储架上的至少一个竖向设置的存储格，存储格用于放置管具，存储格顶端敞口设置；举升装置，设置于存储格底部，举升装置能够将管具从存储格的敞口端顶出存储格；输送设备，设置于存储格上方，输送设备能够横向推动从存储格的敞口端顶出的管具。本发明的一种管具存储移运系统，整个过程管具运动轨迹可控、避免管具随机运动而导致脱落坠落伤人，并使管具从存储装置内移运至存储装置外的过程实现全自动化、无人化，从而降低劳动强度、提高管具处理的效率和管具操作的安全性。

摘要： 本发明涉及煤矿瓦斯防治技术领域，公开了一种采动过程中煤岩体系瓦斯运移物理模拟实验系统，包括：中空的应力加载框架、实验箱体、开挖机构、液压动作器；实验箱体设置在应力加载框架内侧，液压动作器固定在应力加载框架的上方和两侧；开挖机构设置在实验箱体的背面，包括伸缩开挖模块、水平开挖动作器和开挖支撑杆，水平开挖动作器设置在开挖支撑杆上，伸缩开挖模块的一端与开挖支撑杆连接，另一端通过连接杆与水平开挖动作器连接；伸缩开挖模块上沿外周方向设置有环形的内部气通路，内部气通路两端分别设置的内部出气口和内部进气口分别通过一根内部气路管延伸至外部。本发明可以在应力加卸载条件下模拟工作面回采、采动裂隙演化、巷道通风和瓦斯运移。

摘要： 本发明公开了一种采动岩层移动和瓦斯运移的三维相似模拟试验装置，包括一个主体框架，其四个侧面均安装了侧面板，底部固定若干根矩形管，矩形管上铺设有相似材料，相似材料内埋设若干抽气管，相似材料内两侧分别设有进风管和回风管，进风管一端与回风管一端相连，相似材料上方设有施压板和液压杆，液压杆的一端与对应的施压板的上表面固接，另一端固接至同一根横杆上，横杆一端设有手轮，手轮下方设有沿工作面走向的传动链条，手轮外周上分布有咬合齿，并与传动链条相接触，注油管一端分别导入对应液压杆内，另一端接入油泵，主体框架上开有若干瓦斯注入口。本发明实现了三维尺度下相似模拟实验以及采动影响下瓦斯在覆岩中运移、富集规律的研究。

摘要： 本发明涉及煤矿瓦斯防治技术领域，公开了一种采动过程中煤岩体系瓦斯运移物理模拟实验系统，包括：中空的应力加载框架、实验箱体、开挖机构、液压动作器；实验箱体设置在应力加载框架内侧，液压动作器固定在应力加载框架的上方和两侧；开挖机构设置在实验箱体的背面，包括伸缩开挖模块、水平开挖动作器和开挖支撑杆，水平开挖动作器设置在开挖支撑杆上，伸缩开挖模块的一端与开挖支撑杆连接，另一端通过连接杆与水平开挖动作器连接；伸缩开挖模块上沿外周方向设置有环形的内部气通路，内部气通路两端分别设置的内部出气口和内部进气口分别通过一根内部气路管延伸至外部。本发明可以在应力加卸载条件下模拟工作面回采、采动裂隙演化、巷道通风和瓦斯运移。

摘要： 本发明属于煤矿安全技术领域，公开了一种煤层采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化系统，包括矿井背景资料收集模块、数据服务器、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互模块、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化模块和系统管理模块。本发明还公开了一种煤层采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化方法。本发明基于数值计算，结合数值模拟，重构采空区覆岩移动裂隙动态立体演化过程，并计算覆岩三带高度及来压步距。本发明为矿井后续工作面开采“三带”高度的预计、瓦斯富集区精准探索提供依据，保证矿井安全生产，提高矿井经济效益。

摘要： 本实用新型涉及试验模拟装置技术领域，且公开了研究不同通风条件下采空区瓦斯运移的试验模拟装置，所述透明机箱的侧面固定安装有通风管道，所述透明机箱内部的侧面固定安装有固定杆，所述固定杆远离透明机箱内壁的一端固定安装有防炸间。该实用新型，通过设置防炸间、固定杆、通风管道、连接管、透明机箱、液氮和封闭槽等组织结构，使得固定杆与透明机箱进行固定，瓦斯远离透明机箱在发生意外事不会对透明机箱直接接触，从而不会伤害到透明机箱外部的人员，在进行瓦斯运移模拟时通过向防炸间内输送瓦斯，当瓦斯发生意外发生爆炸燃烧时连接管内部的封闭槽会破裂，从而使得封闭槽内部的液氮泄露出来，从而达到了防护火灾的发生也保护了工作人员。

摘要： 本实用新型公开了一种采煤工作面瓦斯运移富集区带模拟测试装置，包括用于对煤层进行模拟监测的裂隙演化模拟机构、用于为裂隙演化模拟机构提供氮气的气体动力机构、用于对裂隙演化模拟机构采掘过程中瓦斯运移富集位置进行精准判识的气体运移富集判识机构和用于记录分析数据的数据采集系统；本实用新型可以实现不同采煤厚度、采煤速度下围岩裂隙的演化特征，为煤矿开采裂隙演化提供指导，本实用新型能够较准确的判识出不同采煤厚度、围岩岩性、瓦斯含量等条件下瓦斯富集区带。