再生顶板煤自燃危险区域分布研究

发布时间：2021-10-23 23:22

　　为高效防治再生顶板煤岩裂隙漏风诱发煤自燃问题,应用Ansys Fluent软件模拟再生顶板漏风流场。首先,考虑再生顶板孔隙率的非均质分布,建立再生顶板漏风流场数值计算模型;然后,以广西州景煤矿5306工作面巷道再生顶板为实例进行数值建模,计算得出再生顶板流场分布特征;最后,基于煤自燃三带划分准则,结合再生顶板结构特征提出适应于再生顶板煤自燃危险区域的判定方法。研究结果表明:再生顶板漏风流场受孔隙率影响较大,漏风流场在垂直方向上具有高度非均质性,再生顶板煤自燃危险区域分布于进回风巷内侧区域。 

【文章来源】：中国安全科学学报. 2020,30(09)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

再生顶板岩层性质及分布

数值模型的计算域包括进风巷、回风巷、工作面、胶结带、压实带、裂隙带，各部分尺寸与瓦斯涌出量见表1。使用Ansys Fluent软件求解上述控制方程组，其中黏性阻力系数、惯性阻力系数、孔隙率、耗氧速率等参数通过用户自定义函数编入软件内。由于文中是通过遗煤燃烧前的气体分布划分自燃危险区域，为求解稳定的流场分布，Arrhenius公式中的温度设定为固定的环境温度，即忽略煤低温氧化阶段温度变化对耗氧速率的影响。Arrhenius公式中的指前因子、活化能、温度指数等动力学参数取值通过绝热氧化试验得出，其中，n=1,A=75.9 s-1,E=23.4 k J/mol。数值模型中进风巷入口设置为速度入口边界，回风巷设置为自由出流边界，并在工作面最小需风量的基础上设置不同的入口风速速度（1、2、3、4 m/s，风流温度为300 K），以探究风速对自燃危险区域的影响。

分析图3可知：再生顶板内的高风速区域主要分布在靠近进回风巷出入口的小范围内，整体漏风流速随巷道深度的增加而下降。在垂直方向上，胶结再生带内漏风流速最大，裂隙带内最小。这是因为孔隙率随巷道深度增加而逐渐减小，因此，漏风气流在工作面附近的黏性损失和惯性损失最大，导致该区域内流速最低。由于在垂直方向上再生顶板各带区存在孔隙率梯度变化，表层高孔隙率的胶结再生带内气体流速大于其他带区。随着入口风速的增加，再生顶板各带区的漏风强度均有所增加，但胶结带的增幅最大。回风巷与进风巷相同深度处的漏风流速大小和变化趋势大致相同，这是因为基本假设中进风巷与回风巷顶板的破碎程度相同，且孔隙率在y方向呈对称分布，因此漏风气流在再生顶板内部呈对称分布。3.2 O2体积分数分布特征

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3454116