唐口煤矿综采工作面采空区瓦斯分布数值模拟

发布时间：2019-11-02 23:32

【摘要】：唐口煤矿5304综采工作面瓦斯分布区域异常,影响工作面安全生产。根据导气裂隙带高度和采空区裂隙分布O型圈理论计算采空区瓦斯分布范围,采用FLUENT数值模拟5304采空区瓦斯分布。结果表明:采空区瓦斯分布可分为3个平面特征区:空隙区域Ⅰ、压实区域Ⅱ、上隅角瓦斯积聚区域Ⅲ;导气裂隙带高度为35 m,随着高度的增加,采空区内瓦斯浓度逐渐增大;设置高位抽放钻孔时,应将高位抽放钻孔设置在工作面导气裂隙带1/2高度(17.5 m)以上。
【图文】：

综合柱状图,工作面,煤层

图1工作面煤层及顶底板综合柱状图面”，有“强冲击危险”。2采空区瓦斯分布数值模拟2．1模拟软件FLUENT软件广泛用于流体工程技术分析，具有丰富的物理计算模型、先进的数值求解方法和强大的前后处理能力，能够高效的解决多领域内复杂流动计算问题，其多孔介质模型可以用来模拟矿井采空区内混合气体运移规律，，被广泛应用于采空区流场分析［11－14］。2．2模型假设唐口煤矿5304综采工作面倾向长230m，巷道宽5m，高4m，模拟按工作面断面宽5m，高4m;工作面供风量一般在1700m3/min左右。根据实际情况作出如下假设:①假设工作面切眼及进、回风巷道假设为标准几何体;②假设5304工作面煤层完全水平;③忽略5304综采工作面割煤机、液压支架等设备的影响;④忽略工作面周期来压对采空区瓦斯分布的影响;⑤忽略远处煤岩体的影响;⑥忽略巷道煤壁瓦斯涌出。巷道周围煤壁瓦斯释放与工作面瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出相比微乎其微，因此，忽略巷道煤壁瓦斯涌出。2．3采空区瓦斯分布范围计算基于采空区顶板“O－X”破断和采空区裂隙分布“O型圈”理论［15－17］，以瓦斯赋存和瓦斯抽采为导向对采空区进行分区。纵向分区为:导气裂隙带、卸压解析带、不易解析带。导气裂隙带是可以用于抽采瓦斯的，将导气裂隙带进行横向分区为:Ⅰ区(侧向裂隙区)、Ⅱ区(“O”形圈裂隙区)、Ⅲ区(重新压实区)［18］。卸压解吸带范围内煤层瓦斯充分卸压解吸，但不能或极少涌向工作面，按前假设，认为导气裂隙带高度近似等于普通岩层破断纵三带的冒落带、裂隙带的高度，具体解算［19］如下:Hm=100M6．2M+10．0±2．5(1)Hl=100M3．1M+6．0(2)式中:Hm为采空区冒落带高度范围(具体取值与顶板岩性有关)，m;Hl为采

工作面瓦斯,基本模型,网格划分

图25304工作面瓦斯抽采基本模型网格划分确定，工作面设置为流体区域。边界条件设置如下:1)进风巷入口设为速度进口，按配风量换算得出速度为1．42m/s，入口压力50Pa。2)回风巷出口设为压力出口，出口压力设置为－50Pa。3)工作面与采空区分别设置2个瓦斯涌出源，瓦斯质量流量值由5304工作面瓦斯涌出量预测结果计算后得到。某一区域瓦斯涌出质量源项的计算［20］如下:Qs=Qg·ρgVg(3)式中:Qs为区域瓦斯涌出质量源项，kg/(m3·s);Qg为区域内瓦斯涌出量，m3/s;ρg为瓦斯密度，为0．7167kg/m3;Vg为瓦斯涌出质量源项所占区域总体积，m3。唐口5304回采工作面瓦斯总涌出量为12．69m3/min，其中本煤层涌出为9．0m3/min，占总量比例为70．97%，采空区及邻近层涌出量为3．69m3/min，占总量比例为29．03%。工作面涌出源项设置为1．9×10－5kg/(m3·s)，采空区涌出源项设置为9．7×10－7kg/(m3·s)。4)其他部分边界设置为壁面。3模拟结果与分析对5304回采工作面及采空区瓦斯浓度分布进行模拟，得出采空区瓦斯分布规律如图3。3．1采空区瓦斯分布规律工作面开始回采后，采空区形成O型裂隙圈。U型通风采空区漏风风流流场分布图如图4，漏风风流在采空空间大的地方和风流漏风流大的地方，瓦斯容易被稀释，瓦斯浓度相对较低;反之，瓦斯容易积聚，瓦斯浓度相对较高。根据瓦斯浓度的大小不同，采空区瓦斯分布有如下特征:图3无抽采状态下采空区瓦斯浓度分布(z=3m)图4U型通风采空区漏风流场分布示意图1)采空区内靠近工作面处由于工作面漏风影响瓦斯浓度较低，但由于顶板岩石垮落后岩石碎胀系数不同，形成不规则的空隙区域Ⅰ，此区域内瓦斯分布非均衡?

【参考文献】