复杂地质条件下井下巷道瓦斯运移规律研究.pdf
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1、发明创新实验 年 月第 卷第 期 :,收稿日期:;修回日期:作者简介:胡月强(),男,硕士,工程师,研究方向:井下探测与水文地质勘探;:。引文格式:胡月强,周耀 复杂地质条件下井下巷道瓦斯运移规律研究 粘接,():复杂地质条件下井下巷道瓦斯运移规律研究胡月强,周耀(河南省地球物理空间信息研究院有限公司,河南 郑州 )摘要:煤与瓦斯突出发生使得短时间大量煤与瓦斯涌入采场空间,在复杂巷道内运移,直接摧毁巷道设施、矿井通风系统,引起瓦斯爆炸事故。研究瓦斯在巷道内的传播扩散规律,构建了突出瓦斯气体释放模型,借助 数值模拟对突出瓦斯气体传播扩散过程进行模拟。结果表明,无风状态下的突出瓦斯表现为子口扩散运
2、移方式,有风状态下表现为对流 扩散运移动,突出冲击波超压峰值与瓦斯压力成正比,在巷道内的传播速度明显大于空气声速,瓦斯运移速度小于冲击气流在巷道内传播速度,突出瓦斯压力越大,复杂巷道内传播速度越大,随着传播距离增大,突出冲击波超压峰值不断衰减。关键词:煤矿开采;高压瓦斯;冲击气流;运移规律中图分类号:;文献标志码:文章编号:(),(,):,;,;:;目前,在瓦斯灾害治理工作中,采用井下顺层钻孔、穿层钻孔由于施工简便,安全系数高而得到广泛的推广应用 。针对煤层受力变形下的煤体孔隙体积变化,煤层渗透率变化 。通过建立不同的渗透率理论模型 ,针对抽采煤层渗透率受外界载荷的影响,分析基质收缩效应下对渗
3、透率的影响 。上述模型更多的是基于均压载荷作用下的研究,而实际煤矿顺层钻孔抽采瓦斯中,更多的是变载荷作用的情形。一些研究针对煤层内多组分其他运移现象进行了研究,由混合其他域煤层相互作用角度,建立抽采瓦斯抽采理论模型,但在现场应用中,对抽采过程低浓度瓦斯现象仍缺乏合理解释,使得顺层抽发明创新实验采钻孔设计易出现高估抽采效果问题。基于此,针对煤与瓦斯突出状态下在复杂巷道内的运移规律进行分析研究,获得突出瓦斯气体传播扩散规律,指导实践生产作业。数值模拟计算模型 突出瓦斯气流运移模型构建为了解高压瓦斯气体在复杂地质条件下形成的冲击气流的传播扩散规律,建立突出冲击气流几何模型 。模型由压力腔体和巷道网络
4、部分。压力腔体为一个内径 ,长 的圆柱体,用来模拟不同装煤量试验,在主巷道内设置测点 、,在进风巷道设置测点 ,在回风巷道设置测点五。各监测点的坐标分别为:测点 (,),测点 (,),测点 (,),测点 (,),测点(,)。网格划分煤与瓦斯突出发生时,粉煤与瓦斯涌入巷道形成两相流动,同时瓦斯受到煤粉的解析作用,传统多相流模型难以对该类解析动作进行模拟 。因此,认为瓦斯压力是影响突出气流的主要因素,根据假设条件,突出临界状态下巷道前方为高压瓦斯区,巷道内内空气压力为标准大气压,突出区瓦斯处于静止态。模型包括入口边界、出口边界、突出口边界、壁面边界 类。本次模拟进行 个阶段进行:()突出发生前巷道
5、内风流流动稳态模拟。此阶段风流在风机作用下流动,进风巷道为压力入口边界,回风巷道为压力出口边界,与大气相通;()突出发生后瓦斯气体的运移过程。此时突出口边界为壁面边界。突出瓦斯气流的控制方程 和 提出各向同性的双孔模型描述瓦斯在基质内运移过程 。根据瓦斯在基质内运移速度快慢,分为在节理中的 对流方程,在基质内 扩散方程,瓦斯在二者间的节理和基质内的质量传输方程表示为 :?()?(?)()式中:气体源;为煤层内其他质量;为气体运动速度;扩散系数;气体密度;为抽采时间。当忽略媒粉抛析和持续解析的影响,任意时刻下煤层瓦斯运移空间的瓦斯质量可表示为:()式中:为煤层内瓦斯质量;为基质内气体密度;为基质
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