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采空区瓦斯是影响煤矿安全生产的主要因素之一,采空区瓦斯的防治工作是煤矿安全工作的重中之重,计算机数值模拟为采空区瓦斯防治工作提供了重要的技术手段。本文针对采煤工作面瓦斯治理中存在的采空区瓦斯涌出超限问题,采取理论分析与数值模拟的方法,通过研究采空区覆岩冒落特征及多孔介质渗透系数分布规律,应用LBM数值模拟方法,编写matlab程序,模拟了采空区瓦斯流动及分布情况,并对地面钻孔采空区瓦斯抽采过程进行了模拟,获得了不同时步内采空区瓦斯的涌出量和浓度分布图,实现了采空区瓦斯产能预测。 本文应用LBM随机配置生成法,根据采空区结构特点,设定不同的孔隙率,生成采空区流场,解决了真实采空区结构难以获得的问题。采用LBM单松弛D2Q9模型,编写程序模拟了瓦斯在采空区中的渗流,得到任意时步采空区气体的速度值,获得了采空区内气体的详细流线图、速度矢量图,较准确的展现了瓦斯不同时间步采空区内的详细情况,解决了传统计算流体力学方法难以解决的问题;待流动稳定后,将格子Boltzmann方法模拟所得的结果与根据达西定律计算出的结果对比,误差极小,证实了所开发程序的模拟结果的准确性,为瓦斯在采空区内的渗流模拟提供了新的思路和方向。 利用LBM多相多组分流体的伪势模型,采用D2Q9格子模型,程序模拟了两组分气体在周期性边界条件下的扩散流动,得到了不同时步流场内的气体的密度分布图、浓度分布图,较准确的展现了两组分气体不同时步在流场内扩散流动的详细情况,验,证了质量守恒定律,证实了所开发程序的模拟结果是准确的;在原模拟基础上,通过优化权系数,重新模拟流体扩散流动,大大削弱了虚假速度。LBM伪势模型直接对流体分子间的微观相互作用力进行了描述,反映了多组分流体动力学的物理本质,为模拟采空区内瓦斯空气混合气体扩散运移探提供了新的方法。 本文以地面钻孔抽采采空区瓦斯作为所要研究的问题,根据质量守恒、动量守恒以及朗格缪尔吸附方程对现有的格子Boltzmann渗流模型做出改进,使其能用于解决包含吸附解吸的瓦斯渗流问题;采用Matlab语言开发程序对采空区遗煤瓦斯涌出及地面井瓦斯抽采进行了数值模拟,在程序中实现了吸附解吸的处理以及瓦斯空气混合气体扩散处理,得到了不同时步的采空区内瓦斯的浓度分布图、采空区瓦斯涌出量,从而实现了采空区瓦斯抽采产能预测。