基于LBM地下煤层瓦斯运移仿真实现

摘要

模拟矿下瓦斯运移，研究其运移规律对于预防瓦斯事故，改善矿下工作环境以及煤层气开发利用具有现宴意义。本文在前人研究的基础上，使用格子Boltzmann方法对煤层瓦斯渗流、瓦斯抽放、瓦斯涌出和瓦斯突出进行了仿真研究。
　　 首先本文介绍了符合煤层瓦斯运动宏观方程——达西定律的速度一温度-浓度的多分布LBM模型和符合工作面瓦斯湍流流动的速度-温度-浓度的多分布LBM模型，并介绍了固壁反弹加调整分布和曲边界的边界处理方法。其次，本文建立了煤层瓦斯渗流的的动力学LBM模型和瓦斯抽放的LBM模型，两模型考虑了煤体的吸附属性和孔隙度对瓦斯渗流的影响，并使用相应的IBM方法模拟了单煤层瓦斯渗流的二维和三维渗流过程，并研究了孔隙度对瓦斯渗流速度和浓度的影响。接着，使用瓦斯运移的LBM模型，并结合工作面的U型通风系统，建立了瓦斯涌出动力学LBM模型。同时为了提高计算效率、便于计算机实现，采用分块耦合算法，将瓦斯在煤层中的运移同瓦斯涌出后在工作面的流动分块。通过对瓦斯涌出的二维和三维模拟，分析仿真结果得出丁瓦斯涌出规律。最后，建立瓦斯突出动力学LBM模型，该模型考虑了有效应力、瓦斯压力对瓦斯突出的影响，并考虑了煤体应力对渗透系数的影响以及瓦斯突出是瓦斯温度场的变化，最后采用分块耦合算法，模拟了瓦斯突出时的动态过程，可直观地观察瓦斯浓度、温度和速度的分布情况。
　　 本文重点研究了煤层瓦斯渗流、瓦斯涌出和瓦斯突出。本课题的研究不仅对指导生产和制定行之有效的瓦斯治理措旖、防止恶性瓦斯事故的发生、充分发挥综台机械化采煤的优势具有重大的经挤、社会效益和深远的现实意义，同时也为进一步探讨煤与瓦斯两相耦合机制、煤与瓦斯突出机制、瓦斯爆炸及瓦斯抽放方案的设计提供新的思路。

目录

第一章绪论

第二章瓦斯运移的LBM模型

第三章煤层瓦斯渗流的仿真实现

第四章工作面瓦斯涌出仿真实现

第五章工作面瓦斯突出仿真实现

第六章总结与展望

致谢

参考文献

作者研究生期间发表的硕士论文

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