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。