煤矿采空区气体运移与CO_(2)封存数值模拟研究OA

为应对煤矿采空区气体积聚引发的安全生产风险与碳减排双重挑战,以淮南矿区顾桥煤矿典型采空区为研究对象,结合其实际地质构造、开采工艺及储层特性,开展采空区气体迁移与CO_(2)封存的多场耦合数值模拟研究。基于COMSOL Multiphysics软件,构建包含“U”型通风系统与“注入−监测井网络”的三维多孔介质模型,耦合流体流动、扩散、吸附及压力场方程,系统分析采空区孔隙结构、气体分布规律及CO_(2)封存效率的关键影响因素。模拟结果表明,采空区孔隙结构呈“O”型圈分布特征,气体沿垂向表现出分层特征,甲烷(CH4)在重力作用下聚集于采空区底部,而氧气(O_(2))浓度随深度增加逐渐降低。基于O_(2)浓度分布,将采空区划分为不同安全分区:散热带(0~133 m)、氧化升温带(128~167 m)及窒息带(70~216 m),为CO_(2)封存过程中的安全约束提供了定量依据。井网布置参数对CO_(2)运移特征及封存效果具有重要影响,其中纵向注入深度为60 m(裂隙带范围内)时封存效果最优,较注入深度80 m和95 m分别提升1.09倍和1.15倍;横向监测井采用4井对称部署时,CO_(2)总封存量为单井方案的2.21倍,且有助于改善气体扩散均匀性,降低CO_(2)泄漏风险。研究揭示了采空区“孔隙结构—气体迁移—CO_(2)封存”的耦合机理,明确了最优井位部署方案,为淮南矿区及类似条件煤矿的安全生产管控、采空区资源再利用及碳中和目标的实现提供了科学依据与工程指导。