崔亞凱　鄭再春（河南永華能源有限公司，河南 洛陽(yáng) 471900）

尾巷對(duì)采空區(qū)流場(chǎng)影響的數(shù)值模擬研究

崔亞凱鄭再春
（河南永華能源有限公司，河南 洛陽(yáng) 471900）

為分析尾巷對(duì)采空區(qū)流場(chǎng)分布的影響，本文分別建立了無(wú)尾巷、有尾巷條件下的采空區(qū)物理模型，利用Fluent軟件對(duì)兩種情況下的采空區(qū)漏風(fēng)、瓦斯分布規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明：尾巷的使用增大了工作面沿程向采空區(qū)的漏風(fēng)范圍，使得更多的風(fēng)流涌入采空區(qū)；與無(wú)尾巷時(shí)的結(jié)果相比，尾巷可明顯降低采空區(qū)及工作面上隅角瓦斯?jié)舛龋墒股嫌缃峭咚褂?.95%降低到0.49%，有效解決了上隅角瓦斯超限問題。

尾巷；數(shù)值模擬；采空區(qū)漏風(fēng)；瓦斯分布

隨著煤礦開采深度與集約化生產(chǎn)程度的迅速提高，傳統(tǒng)的U型通風(fēng)已不能生產(chǎn)的要求，往往易造成上隅角瓦斯超限，對(duì)工作面安全生產(chǎn)構(gòu)成了極大的威脅[1，2，3]。在治理上隅角瓦斯超限方面主要有兩種方式，即減小采空區(qū)漏風(fēng)和增加漏風(fēng)源匯。而增加漏風(fēng)源匯主要采用上隅角瓦斯抽放及加尾巷的方法，其中加尾巷在治理上隅角瓦斯超限問題中效果明顯，在高瓦斯礦井中得到了普遍的應(yīng)用[4，5，6]。但是尾巷的應(yīng)用往往會(huì)使采空區(qū)的風(fēng)流流態(tài)及流場(chǎng)發(fā)生變化，在應(yīng)用的過程中需要進(jìn)行深入的研究。本文利用Fluent軟件，對(duì)“U”型和“U+L”型通風(fēng)方式下的采空區(qū)流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，對(duì)尾巷的設(shè)計(jì)工作提供了一定的依據(jù)。

表1 有、無(wú)尾巷條件下物理模型參數(shù)

1 物理模型及邊界條件的設(shè)置

1.1 工作面概況

工作面切眼長(zhǎng)度為188m，平均煤厚2.2m，采用“U+L”型通風(fēng)方式，總進(jìn)風(fēng)約為2414m3/min，其中回風(fēng)巷與聯(lián)絡(luò)川回風(fēng)比為1.3∶1。采空區(qū)絕對(duì)瓦斯涌出量為33m3/min。

1.2 物理模型的建立

為對(duì)比分析尾巷抽采對(duì)采空區(qū)流場(chǎng)的影響，以該工作面為原型，分別建立無(wú)尾巷、有尾巷抽采條件下的工作面及采空區(qū)物理模型，物理模型設(shè)置參數(shù)見表1。

2 尾巷對(duì)采空區(qū)流場(chǎng)分布規(guī)律的影響

2.1 尾巷對(duì)采空區(qū)漏風(fēng)的影響

通過數(shù)值模擬可以得到無(wú)尾巷、有尾巷條件下的采空區(qū)漏風(fēng)分布規(guī)律，如圖1所示。

由圖1可以看出：

（1）尾巷使得工作面沿程漏入采空區(qū)風(fēng)量的范圍明顯增大，增大了約為45m。

（2）尾巷的設(shè)置增大了工作面漏入采空區(qū)風(fēng)流的風(fēng)速，但卻減小了采空區(qū)流向工作面風(fēng)流的速度。

（3）對(duì)圖1中曲線進(jìn)行積分可知，無(wú)尾巷條件下工作面漏入采空區(qū)的風(fēng)量約為250m3/min，有尾巷時(shí)工作面漏入采空區(qū)的風(fēng)量為320m3/min，尾巷的作用使得漏入采空區(qū)的風(fēng)量增大了28%。

3.2 尾巷對(duì)采空區(qū)瓦斯分布的影響

尾巷對(duì)工作面上隅角瓦斯分布的影響：通過數(shù)值模擬得到無(wú)尾巷、有尾巷條件下工作面上隅角瓦斯分布規(guī)律，如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知：

（1）在有無(wú)尾巷時(shí)，沿工作面垂直高度方向上隅角瓦斯?jié)舛染尸F(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。

（2）尾巷的設(shè)置使得上隅角瓦斯?jié)舛让黠@降低。例無(wú)尾巷時(shí)工作面上隅角瓦斯最大濃度達(dá)到了1.95%；有尾巷時(shí)工作面上隅角瓦斯最大濃度為0.49%，低于規(guī)程值，從而保證了煤礦的安全生產(chǎn)。

圖1有、無(wú)尾巷條件下沿工作面Y方向向采空區(qū)的漏風(fēng)風(fēng)速分布

圖2無(wú)尾巷條件下工作面上隅角瓦斯分布

圖3 有尾巷條件下工作面上隅角瓦斯分布

結(jié)論

通過對(duì)無(wú)尾巷、有尾巷條件下的采空區(qū)漏風(fēng)、采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律的研究，可以得到以下結(jié)論：

（1）尾巷的使用增大了工作面沿程向采空區(qū)的漏風(fēng)范圍，使得更多的風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)，增大了工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)量。

（2）尾巷的使用明顯降低了采空區(qū)及工作面上隅角瓦斯?jié)舛?，使得上隅角瓦斯?jié)舛扔?.95%降低到0.49%，保證了工作面的安全生產(chǎn)，也驗(yàn)證了工作面使用尾巷治理上隅角瓦斯超限的可行性。

[1]徐鈞，戚良鋒.Y型通風(fēng)采空區(qū)瓦斯流場(chǎng)數(shù)值模擬研究[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2010，30（03）：29-31.

[2]張浪，范喜生，蔡昌宣，劉震，劉斌.U型通風(fēng)上隅角瓦斯?jié)舛瘸拗卫砝碚撆c模擬[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（08）：129-132.

[3]王凱，蔣曙光，張衛(wèi)清，邵昊，寇礫文.尾巷改變采空區(qū)瓦斯流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2012，29（01）：124-130.

[4]楊明，高建良，馮普金.U型和Y型通風(fēng)采空區(qū)瓦斯分布數(shù)值模擬[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，12（05）：227-230.

[5]邵昊，蔣曙光，王蘭云，吳征艷，王凱.尾巷對(duì)采空區(qū)煤自燃影響的數(shù)值模擬研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2011，28 （01）：45-50.

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