收藏本站
《西安建筑科技大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

地下煤矿瓦斯运移数值模拟及积聚危险性评价研究

陆秋琴  
【摘要】: 地下煤矿的主要灾害有煤和瓦斯突出以及瓦斯爆炸,而瓦斯爆炸主要由瓦斯积聚超限引起。为了预防瓦斯积聚超限,防止瓦斯爆炸灾害事故发生,有必要对地下煤矿瓦斯运移流场进行数值模拟计算并对瓦斯积聚的可能性进行评价,以便掌握地下煤矿瓦斯运移规律,为矿山安全管理提供决策依据。地下煤矿瓦斯运移行为是具有多组分、多相态、渗流、浮升和紊流等复杂非线性流动现象的特殊流体运动。格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)作为一个崭新的求解流体系统偏微分方程的方法以及为物理现象建模的手段,在多相流、多组分流、渗流等问题的模拟中已经得到广泛应用。因此,本文应用LBM对地下煤矿瓦斯运移进行模拟。主要完成了如下研究工作: 1.集中涌出瓦斯在巷道中运移的LBM模拟。应用速度-浓度双分布格子Boltzmann模型,建立了基于LBM的瓦斯蔓延速度和浓度模型。在该模型中,采用基于分块耦合算法的速度-浓度LBM模型将巷道分成若干规则的块,对各块分别独立计算,仅在边界处交换数据,简化了网格计算,提高了系统资源利用效率。提出了在LBM模型中增加流动阻力来处理凹凸不平巷道和工作面边界的方法。模拟结果表明,该模拟方法可得到集中涌出瓦斯在通风网络中蔓延的直观信息和其速度、体积分数、压力等大量数据,还可以得到每条巷道内瓦斯体积分数峰值及其个数、位置和到达时间,从而能提供有效的人员避开高浓度瓦斯的方案。 2.采场瓦斯运移LBM模拟。基于修正的Brinkman-Forchheimer-Darcy定律,建立了非均质采空区瓦斯运移的控制方程组;基于该方程组分别建立了瓦斯渗流速度场和浓度场的格子Boltzmann模型,实现了采空区瓦斯运移的数值模拟,并对控制采空区瓦斯向上隅角移动的措施进行了模拟对比研究。此外,构建了采场统一的三维LBM数值模拟模型,通过采用不同的松弛时间和平衡分布函数来体现采场气体在工作面的紊流和在采空区的渗流运动特征。模拟结果表明,用该方法可以模拟和分析采场瓦斯运移状况并得到采场瓦斯运移的相关数据:如任何时刻采场内任意位置瓦斯和大气混合气体的流动速度和瓦斯体积分数等数据,同时也可以得到采场流线分布、速度变化和采空区瓦斯运移的规律。 3.煤层瓦斯运移LBM模拟。分别建立了等温和非等温煤层孔隙吸附瓦斯扩散和裂隙游离瓦斯渗流的三维双重网格LBM模型。在这些模型中,对于同一煤层采用双重网格技术模拟瓦斯在双重介质的扩散与渗流过程,即一套网格为细网格,用它来模拟吸附瓦斯从煤层孔隙中解吸,变成游离瓦斯,扩散到裂隙的过程;另一套网格为粗网格,用它来模拟游离瓦斯在裂隙中渗流过程。两套网格通过插值实现数据交换,从而实现瓦斯从吸附、解吸到渗流过程的模拟。模拟结果表明,用该方法可以得到任何时刻煤层内任意位置瓦斯的流动速度、压力以及瓦斯浓度等数据,同时也可以得到煤层瓦斯流线分布、速度变化、压力变化和瓦斯运移的规律。该方法可用于揭示煤层瓦斯运移、涌出、突出规律及瓦斯涌出量,为煤层瓦斯涌出、突出的危险性分析与评价提供依据。 4.反风期间采场瓦斯运移LBM模拟。分析了反风时期流场的特点,建立了模拟反风时期瓦斯运移的速度场、浓度场和温度场等三场耦合的LBM模型,给出了反风状态下瓦斯运移模型算法和模拟实例。该模拟方法可以为矿山生产期间发生火灾时能否采用反风方式来控制火灾蔓延提供依据。模拟结果表明,用该方法可以得到反风状态下任何时刻巷道和采空区任意位置瓦斯的流动速度、压力、温度以及瓦斯体积分数等数据。该方法可用于揭示反风状态下瓦斯运移规律,为反风的危险性分析与评价提供依据。 5.基于双枝模糊Petri网的瓦斯积聚危险性评价。综合考虑对瓦斯积聚的发生有促进作用和抑制作用的影响因素,将模糊Petri网和双枝模糊集理论融合,提出基于双枝模糊Petri网通风巷道瓦斯积聚危险性评价方法。实例表明,该评价方法建立的模型形象直观,充分地利用双枝模糊Petri网描述系统动态行为的能力,描述瓦斯积聚影响因素之间的传播关系。推理过程采用矩阵计算方式,提高了瓦斯积聚危险性评价的效率。 本文应用格子Boltzmann方法对地下煤矿瓦斯运移过程进行数值模拟,揭示瓦斯涌出、弥散扩散、运移、上浮和积聚的规律,并因此获得地下煤矿瓦斯运移规律和积聚形成位置及其可行的调控方法。应用模糊Petri网模型对瓦斯积聚的危险性进行评价,为预防瓦斯超限积聚,防止瓦斯爆炸灾害事故发生提供科学的依据。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TD712

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 尤纯旺;;矿井瓦斯地质规律与瓦斯预测的探讨[J];中国新技术新产品;2012年09期
2 金毅;宋慧波;潘结南;郑军领;祝一搏;;煤微观结构三维表征及其孔-渗时空演化模式数值分析[J];岩石力学与工程学报;2013年S1期
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 钟家民,罗颖;综放采场瓦斯运移的计算机模拟[J];安阳大学学报;2003年02期
2 何启林,常胜秋;矿井反风时回风流中沼气浓度变化规律[J];东北煤炭技术;1998年04期
3 尹志华;矿井反风时工作面风流中瓦斯浓度降低的原因分析[J];矿业安全与环保;2002年03期
4 徐诗林;浅析矿井反风中瓦斯变化规律[J];矿业安全与环保;2002年S1期
5 魏引尚,张俭让,常心坦;基于信息熵的矿井瓦斯积聚危险性评价探讨[J];矿业安全与环保;2005年02期
6 董钢锋;胡千庭;;工作面瓦斯涌出及采空区瓦斯抽放的COSFLOW模拟预测[J];矿业安全与环保;2007年02期
7 张福平;李堂军;杨磊;;基于遗传算法优化模糊Petri网的掘进工作面瓦斯爆炸事故致因分析[J];矿业安全与环保;2008年02期
8 王路珍;杜春志;卜万奎;柳红燕;;煤层钻孔孔壁瓦斯涌出的数值模拟[J];矿业安全与环保;2008年06期
9 傅培舫,王国超,叶汝陵;巷道顶板瓦斯积聚现象的模拟研究[J];煤炭工程师;1994年04期
10 周晓军,马心校,鲜学福;煤层穿层钻孔周围瓦斯运移规律的研究[J];煤炭工程师;1996年05期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 张小军;格子法理论及其在计算流体力学中的应用研究[D];武汉理工大学;2003年
2 魏引尚;基于概率统计的通风巷道瓦斯积聚危险性分析研究[D];西安科技大学;2004年
3 许友生;用晶格Boltzmann方法研究多孔介质内流体的复杂动力学特征[D];华东师范大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐文婷;李承鹏;;基于自适应遗传算法的离散化方法[J];合肥师范学院学报;2011年03期
2 蔡莉;胡学钢;;一种基于粗集的决策表求核算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2007年06期
3 周玉华;李景杰;;不完备决策表的一种属性约简方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年04期
4 杨萍,万上海,陈耿;一种基于可变支持度的缺省规则挖掘算法[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年02期
5 孙全玲;基于粗集和神经网络的建模方法研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年02期
6 孙虹;方敏;;基于Rough集和RBF网络的车牌字符识别方法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年04期
7 孙虹;;粗糙集神经网络系统在车牌字符识别中的研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年04期
8 苏利军;;深部煤层瓦斯赋存规律及钻孔抽采有效半径研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年03期
9 丁士杰;冯守志;;简放工作面采空区自燃三带观测及数值模拟研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年06期
10 沈玮;禹业挺;邓中;郭厚洋;;基于埋管抽采作用下的采空区瓦斯浓度场分析研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2011年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周新良;罗文柯;刘寿兰;陈小辉;;顺层长钻孔抽采瓦斯抽采半径数值法与钻孔负压法的对比分析研究[A];中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 危前进;董荣胜;孟瑜;崔更申;;基于粗糙集的机械装配知识发现方法[A];广西计算机学会25周年纪念会暨2011年学术年会论文集[C];2011年
3 ;Fuzziness in Covering Generalized Rough Sets[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 王志坚;蔡自兴;;基于Petri网的企业信息化系统统一建模研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 李雄;党生;;基于Rough集理论的战场侦察情报处理[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 陈楚湘;沈建京;陈冰;尚长兴;王运成;;运用粗糙集理论建立中老年肺炎中医症候诊断标准[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 龚锦红;杨辉;衷路生;;稀土萃取分离过程的Rough集案例推理方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 ;Influence Diagram Based on Rough Set Theory[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 ;The Prediction of Soil Moisture Based on Rough Set-Neural Network Model[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 陈楚湘;沈建京;陈冰;尚长兴;王运成;;运用粗糙集理论和Apriori算法建立中医症候诊断标准[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨宏民;井下注气驱替煤层甲烷机理及规律研究[D];河南理工大学;2010年
2 袁东升;近距离保护层开采多场演化及安全岩柱研究[D];河南理工大学;2010年
3 杨书召;受限空间煤尘爆炸传播及伤害模型研究[D];河南理工大学;2010年
4 李润之;点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究[D];山东科技大学;2010年
5 殷志伟;基于统计学习理论的分类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 姜延吉;多传感器数据融合关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 彭晓华;辽宁矿区煤层气开采渗流规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
8 刘磊;垃圾填埋气体热释放传输的动力学规律研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 周子冠;电网多数据源在线诊断方法研究[D];中国电力科学研究院;2010年
10 吴锋;基于GPU并行计算的数值模拟与燃煤锅炉系统的优化研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王海生;采空区风流分布数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
2 王春霞;倾斜巷道中风流方向对瓦斯分布与瓦斯积聚的影响[D];河南理工大学;2010年
3 姚春雨;黄陵二号煤矿综采工作面采空区瓦斯流动规律数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
4 刘炎昊;高煤级煤储层条件下的气体运移机理[D];河南理工大学;2010年
5 柴磊;鹤煤四矿低透气性煤层瓦斯穿层钻孔抽放关键参数研究[D];河南理工大学;2010年
6 于宝种;阳泉无烟煤对N_2-CH_4二元气体的吸附—解吸特性研究[D];河南理工大学;2010年
7 汪国华;近距离上保护层开采卸压范围及临界层间距研究[D];河南理工大学;2010年
8 朱会启;煤与瓦斯突出冲击波实验研究[D];河南理工大学;2010年
9 王伟伟;基于粒子系统的矿井瓦斯爆炸的模拟与研究[D];山东科技大学;2010年
10 岳海亮;信息论在粗糙集连续属性离散化中的应用[D];辽宁师范大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 朱益华;陶果;方伟;王胜奎;;低渗气藏中气体渗流Klinkenberg效应研究进展[J];地球物理学进展;2007年05期
2 滕桂荣;谭云亮;高明;赵志刚;;基于LBM方法的裂隙煤体内瓦斯抽放的模拟分析[J];煤炭学报;2008年08期
3 滕桂荣;谭云亮;高明;;基于lattice Boltzmann方法对裂隙煤体中瓦斯运移规律的模拟研究[J];岩石力学与工程学报;2007年S1期
4 刘勇军,朱岳明,丰土根,钱敏,曹为民;随机土体结构模型理论及应用[J];岩土工程学报;2001年03期
5 李仁民;刘松玉;方磊;杜延军;;采用随机生长四参数生成法构造黏土微观结构[J];浙江大学学报(工学版);2010年10期
6 傅雪海,秦勇,薛秀谦,李贵中,王文峰;煤储层孔、裂隙系统分形研究[J];中国矿业大学学报;2001年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 孙斌;基于危险源理论的煤矿瓦斯事故风险评价研究[D];西安科技大学;2003年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵千里,刘剑,杨长祥;矿井通风网络角联风路自动识别与分析[J];安全与环境学报;2001年06期
2 黄志安;童海方;张英华;李示波;倪文;宋建国;邢奕;;采空区上覆岩层“三带”的界定准则和仿真确定[J];北京科技大学学报;2006年07期
3 廉小亲,王信义,朱小燕;故障诊断系统中模糊推理算法的研究[J];北京理工大学学报;1996年01期
4 杨志焕,王正国,唐承功,刘大维,姚德胜,刘正邦,陈田;弱冲击波对人员内脏损伤的危险性估计[J];爆炸与冲击;1992年01期
5 李恩良,王秉权;井巷紊流传质的数学模型及紊流弥散系数[J];东北工学院学报;1985年03期
6 李恩良,王秉权;井巷污染物横向紊流扩散系数的研究[J];东北工学院学报;1986年01期
7 徐涛,唐春安,张哲,张永彬;单轴压缩条件下脆性岩石变形破坏的理论、试验与数值模拟[J];东北大学学报;2003年01期
8 金玉明,王森;平煤集团十三矿己一、己二采区己_(15-17)煤层瓦斯涌出量预测[J];东北煤炭技术;1999年06期
9 卢平;排放钻孔有效半径的简易确定方法[J];东北煤炭技术;1996年02期
10 王树刚,刘文玉,张兴;脉冲通风时巷道断面风速分布规律的分析[J];东北煤炭技术;1997年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 许友生;用晶格Boltzmann方法研究多孔介质内流体的复杂动力学特征[D];华东师范大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 王晓亮;煤层瓦斯流动理论模拟研究[D];太原理工大学;2003年
2 周春城;事件序列图方法及其应用研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
3 高顺川;动态故障树分析方法及其实现[D];国防科学技术大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 夏新川,张秀才,王士涛,杨胜强;工作面上隅角瓦斯运移、积聚及处理措施[J];煤炭科学技术;2001年06期
2 杨胜强,俞启香,王凯,张仁贵;脉动通风消除上隅角瓦斯积聚的理论分析[J];中国矿业大学学报;2000年06期
3 袁树鑫,朱志宏,费建立;用事故树分析法处理瓦斯积聚[J];矿业安全与环保;1991年06期
4 赵玉岐,张昔平;有自燃倾向性含瓦斯煤层开采的安全措施[J];河北煤炭;1997年02期
5 管金海;井下局部瓦斯积聚的原因及处理方法[J];煤炭科技;2001年03期
6 熊国平;小议张双楼煤矿的瓦斯防治[J];煤炭科技;2004年03期
7 林江;朱绍志;;某采煤工作面回风隅角瓦斯积聚的分源治理[J];能源技术与管理;2007年01期
8 王文才;岑旺;巴蕾;周海东;;高瓦斯矿井瓦斯爆炸事故原因分析及对策[J];水力采煤与管道运输;2010年03期
9 江成玉;刘勇;李春辉;;采煤工作面上隅角瓦斯积聚原因分析及治理措施[J];洁净煤技术;2010年06期
10 邢吉亮;炮采放顶煤工作面上隅角瓦斯积聚防治措施探讨[J];水力采煤与管道运输;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 史兴国;;瓦斯的赋存与防治[A];2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C];2010年
2 宗小平;;张小楼井7层煤工作面瓦斯高位抽采效果分析[A];创新推动新型煤炭工业体系建设和安全健康发展——2010年湘赣皖闽苏等多省(市)煤炭学会学术交流暨湖南省煤炭科技论坛论文集[C];2010年
3 石智军;;煤矿井下瓦斯抽采(放)钻孔施工技术[A];煤矿安全工程实用技术新进展[C];2008年
4 赵传浩;;高瓦期回采工作面上隅角瓦斯积聚治理方法[A];中国煤炭学会第六届青年科技学术研讨会论文集[C];2000年
5 潘峰;;小型液压风扇与采煤工作面上隅角瓦斯治理[A];瓦斯地质理论与实践——中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会第五次全国瓦斯地质学术研讨会论文集[C];2005年
6 林旺;;复杂地质构造条件下的瓦斯分析[A];瓦斯地质基础与应用研究[C];2011年
7 李新潮;魏新杰;武龙安;;万年矿13291高瓦斯工作面瓦斯分源治理技术研究与实践[A];瓦斯地质基础与应用研究[C];2011年
8 林旺;;复杂地质构造条件下的瓦斯分析[A];2008年全国瓦斯地质学术年会论文集[C];2008年
9 李树刚;林海飞;成连华;任海峰;;我国煤矿瓦斯灾害事故发生原因及防治对策[A];中国职业安全健康协会2010年学术年会论文集[C];2010年
10 刘庆锋;谢中强;;超近距离保护层开采瓦斯治理的探索[A];基于瓦斯地质的煤矿瓦斯防治技术[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 安文;煤矿瓦斯治理国家工程研究中心驻沈阳办事处成立[N];经理日报;2008年
2 高学保;我省多措并举治理煤矿瓦斯[N];云南日报;2008年
3 省安;我省出台煤矿瓦斯治理实施意见[N];云南经济日报;2008年
4 黄敏辉;江西确定煤矿瓦斯治理目标[N];中国煤炭报;2009年
5 记者杜宇;加强煤矿瓦斯治理体系示范建设[N];经济参考报;2009年
6 记者 杨沛洁;全国煤矿瓦斯抽采技术研讨会在平召开[N];平顶山日报;2009年
7 见习记者 王佳丽;我省煤矿瓦斯专项监察将量化[N];山西经济日报;2009年
8 记者解卿;全国煤矿瓦斯治理工作体系“双百工程”建设会议在赣召开[N];民营经济报;2009年
9 国能;全国煤矿瓦斯地质图编制工作启动[N];中国矿业报;2009年
10 本报记者;开展大中型煤矿瓦斯专项整治[N];中国煤炭报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陆秋琴;地下煤矿瓦斯运移数值模拟及积聚危险性评价研究[D];西安建筑科技大学;2010年
2 魏引尚;基于概率统计的通风巷道瓦斯积聚危险性分析研究[D];西安科技大学;2004年
3 张国华;外液侵入对含瓦斯煤体瓦斯解吸影响实验研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
4 董海波;煤矿采场瓦斯分布与分布场重构技术研究[D];中国矿业大学;2012年
5 李琨;监控技术与涌现性分析在煤矿瓦斯灾害防治中的应用研究[D];昆明理工大学;2009年
6 赵志凯;半监督学习及其在煤矿瓦斯安全信息处理中的应用研究[D];中国矿业大学;2012年
7 侯少杰;煤矿瓦斯治理过程控制理论及应用研究[D];中国矿业大学;2010年
8 张鹏;采动影响下煤体内瓦斯运移规律实验与理论研究[D];中国矿业大学(北京);2012年
9 王俭;基于安全分区的通风瓦斯风险控制研究[D];西安科技大学;2008年
10 余海霞;利用微生物技术治理煤矿瓦斯的研究[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩明;隧道瓦斯灾害危险性评价研究[D];中南大学;2012年
2 孙榕鸿;安全预警集成系统在煤矿瓦斯管理中的应用研究[D];西安科技大学;2012年
3 苗磊刚;高位偏“E”型通风采场瓦斯涌出与运移规律研究[D];安徽理工大学;2009年
4 王春霞;倾斜巷道中风流方向对瓦斯分布与瓦斯积聚的影响[D];河南理工大学;2010年
5 芦倩;综采面“U+L”两进一回通风系统采场瓦斯运移规律模拟研究[D];太原理工大学;2010年
6 乔志刚;综采放顶煤工作面采空区瓦斯运移数值模拟研究[D];太原理工大学;2012年
7 李霞;“一进两回”工作面通风系统瓦斯运移规律研究[D];太原理工大学;2010年
8 潘霄;高瓦斯厚煤层采空区瓦斯抽采技术研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
9 崔秀伟;煤矿瓦斯灾害的安全控制理论及应用[D];西安科技大学;2011年
10 刘增超;综放采空区风流场CFD数值模拟研究[D];西安科技大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026