劉佳佳，　王　丹,　高建良

(1.黑龍江科技大學(xué) 安全工程學(xué)院， 哈爾濱 150022； 2.湖南科技大學(xué) 煤礦安全開采技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 湘潭 411201； 3.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 資源與安全工程學(xué)院， 北京 100083；4.河南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

?

高抽巷抽采負(fù)壓對采空區(qū)漏風(fēng)及自燃帶的影響

劉佳佳1,2,3，王丹1,高建良4

(1.黑龍江科技大學(xué) 安全工程學(xué)院， 哈爾濱 150022； 2.湖南科技大學(xué) 煤礦安全開采技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 湘潭 411201； 3.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 資源與安全工程學(xué)院， 北京 100083；4.河南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

為防止遺煤自燃，結(jié)合山西某礦9101工作面實(shí)際，在抽采負(fù)壓分別為0、8、12、160、20、24 kPa時，利用計算流體力學(xué)軟件Fluent，進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明：不同抽采負(fù)壓對采空區(qū)的漏風(fēng)流場分布及采空區(qū)的漏風(fēng)量均有顯著影響。在回風(fēng)側(cè)采空區(qū)其受到高抽巷的影響比進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)大，導(dǎo)致工作面漏風(fēng)風(fēng)速在回風(fēng)側(cè)差別較大；不同抽采負(fù)壓條件下采空區(qū)自燃帶寬度均為中部>進(jìn)風(fēng)巷側(cè)>回風(fēng)巷側(cè)。抽采負(fù)壓為12 kPa時，采空區(qū)自燃帶寬度平均值為87 m，為自燃帶寬度曲線的“凹點(diǎn)”。12 kPa為臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)之前抽采瓦斯純量增速較快，臨界點(diǎn)之后抽采瓦斯純量增速緩慢。綜合考慮高抽巷抽采瓦斯純量和采空區(qū)自燃帶寬度，9101工作面高抽巷抽采負(fù)壓確定為12 kPa左右。

采空區(qū)； 高抽巷； 自燃帶； 數(shù)值模擬

0　引　言

瓦斯災(zāi)害是煤礦的主要災(zāi)害之一。煤層瓦斯抽采是世界主要產(chǎn)煤國家進(jìn)行瓦斯治理的重要技術(shù)手段。眾多瓦斯抽采方法中，高抽巷具有抽采效果好、抽采時間長和抽采半徑大等顯著優(yōu)點(diǎn)，在煤礦現(xiàn)場越來越普及。高抽巷可分為走向高抽巷和傾向高抽巷，大多數(shù)煤礦采用走向高抽巷。目前，國內(nèi)外學(xué)者在高抽巷方面的研究做了許多工作。林海飛等[1-4]針對走向高抽巷的布置最優(yōu)位置(平距、垂距)進(jìn)行了研究;高林等[5-6]研究了內(nèi)錯型高抽巷的抽采效果，得到上隅角瓦斯?jié)舛扰c內(nèi)錯距離呈“V”形關(guān)系，內(nèi)錯距離為30 m時效果最優(yōu)；高保彬等[7]研究了外錯型高抽巷的可行性，得到外錯型高抽巷可以起到一巷多用的特點(diǎn)；高建良等[8]對有、無高抽巷兩種情況下采空區(qū)漏風(fēng)流場進(jìn)行了研究，得到有高抽巷比沒有高抽巷采空區(qū)漏風(fēng)量增加54.7%。

高抽巷一般布置在回風(fēng)側(cè)采空區(qū)裂隙帶瓦斯富集區(qū)內(nèi)，從瓦斯抽采的角度來看，通過增加高抽巷抽采負(fù)壓來提高瓦斯抽采率，但高抽巷的瓦斯抽采勢必會增加采空區(qū)漏風(fēng)，會加劇采空區(qū)遺煤自燃的可能性，而通過降低高抽巷抽采負(fù)壓來減小采空區(qū)漏風(fēng)，就會導(dǎo)致工作面及采空區(qū)的瓦斯積聚，引起瓦斯事故的發(fā)生，一定程度上高抽巷的瓦斯抽采和采空區(qū)遺煤自燃是相互制約、相互影響的。在高抽巷位置對采空區(qū)遺煤自燃影響方面，肖峻峰等[9]研究了高抽巷布置位置對瓦斯抽采效果和采空區(qū)遺煤自燃的影響規(guī)律，得到高抽巷布置在頂板40 m時，可以達(dá)到抽采瓦斯和防火的要求；馮雪[10]研究了高抽巷層位對采空區(qū)自燃危險的影響，發(fā)現(xiàn)高抽巷垂距越大，氧化升溫帶越寬，采空區(qū)自燃危險性越高；尹曉雷[11]等研究了高抽巷不同層位對采空區(qū)自燃三帶范圍的影響。在高抽巷抽采負(fù)壓對采空區(qū)遺煤自燃影響方面還存在不同的觀點(diǎn)，張玫潤等[12]在分析高抽巷與采空區(qū)自燃耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，認(rèn)為高抽巷抽采負(fù)壓變化對采空區(qū)自燃三帶影響很小可以忽略；張儉讓等[13]研究了有無高抽巷對采空區(qū)瓦斯?jié)舛群脱鯕鉂舛鹊挠绊?，得到高抽巷可以解決上隅角瓦斯積聚問題，認(rèn)為高抽巷抽采負(fù)壓會增加采空區(qū)氧化升溫帶的寬度。究竟高抽巷抽采負(fù)壓對采空區(qū)漏風(fēng)及遺煤自燃的影響如何，尚須進(jìn)一步深入研究。

筆者結(jié)合山西某礦9101工作面的實(shí)際情況，在前期確定該工作面高抽巷最優(yōu)位置的基礎(chǔ)上，即最優(yōu)位置為距離煤層底板垂高40 m，距離回風(fēng)巷平距30 m，利用計算流體力學(xué)軟件Fluent針對高抽巷不同抽采負(fù)壓對采空區(qū)漏風(fēng)及遺煤自燃的影響進(jìn)行研究。

1　工作面概況及數(shù)值模擬

1.19101工作面概況

9101工作面為91采區(qū)的首采工作面，工作面東側(cè)為2#皮帶巷，西側(cè)為勘探斷層，南側(cè)9102工作面，北側(cè)為絳河保護(hù)煤柱，工作面標(biāo)高285～525 m，工作面回風(fēng)巷長度1 600 m，運(yùn)輸巷長度為1 400 m，工作面傾斜長度335 m，煤層厚度5.85 m，為一次采煤層全高，工作面日產(chǎn)量15 000 t，采用全部垮落法管理頂板，采空區(qū)絕對瓦斯涌出量28.33 m3/min。

1.2采空區(qū)的物理模型

根據(jù)9101工作面的實(shí)際情況建立物理模型，采空區(qū)走向長度取300 m、工作面傾斜長度為335 m，進(jìn)回風(fēng)巷長度取30 m、寬度為5 m、高度為4 m，工作面寬度為5 m，高度為5 m，高抽巷寬度為4 m，高度為3 m。采空區(qū)冒落帶高度為23.4 m，裂隙帶高度為60 m，由于彎曲下沉帶變化很小，模型不考慮采空區(qū)彎曲下沉帶的影響，建立三維物理模型，如圖1所示。

圖1　9101工作面采空區(qū)的物理模型

Fig. 1Physical model of 9101 working face and gob

1.3采空區(qū)的數(shù)學(xué)模型

由于采空區(qū)多孔介質(zhì)非常不規(guī)則，氣體流動十分復(fù)雜，層流是采空區(qū)氣體流動的主要流態(tài)。采空區(qū)流體流動及瓦斯運(yùn)移符合連續(xù)性方程、動量方程、能量方程和組分輸運(yùn)守恒方程，根據(jù)質(zhì)量守恒定律和滲流定律理論，建立采空區(qū)多組分控制方程組通用形式[14]：

(1)

式中：φ——通用變量，代表u、v、w、T等求解變量；

n——多孔介質(zhì)孔隙率；

Γ——廣義擴(kuò)散系數(shù)；

S——廣義源項(xiàng)。

對于特定的控制方程φ、Γ、S具有特定的形式。

工作面內(nèi)為湍流流動區(qū)域，符合標(biāo)準(zhǔn)k-ε方程：

(2)

(3)

式中：k——湍動能，m2/s2；

ε——湍動能耗散率，m2/s3；

μ——?dú)怏w動力黏滯系數(shù)，Pa·s；

μt——湍流動力黏滯系數(shù)，Pa·s ；

Gk——由于平均速度梯度引起的湍動能k的產(chǎn)生項(xiàng)。

μt=ρCk2/ε，

式中：C1ε=1.44，C2ε=1.92，C1u=0.09，σk=1.0，σε=1.3。

1.4邊界條件

工作面進(jìn)風(fēng)巷為速度入口(Velocity-inlet)，平均風(fēng)速為2.6 m/s，進(jìn)風(fēng)氧氣體積分?jǐn)?shù)為21%，瓦斯?jié)舛葹?；回風(fēng)巷為自由出口(Out-flow)；高抽巷出口為壓力出口(Pressure-outlet)，高抽巷的抽采負(fù)壓分別為0、8、12、16、20、24 kPa，工作面與采空區(qū)邊界為內(nèi)部邊界(Interior)，采空區(qū)固壁為無滑移邊界條件(u=v=w=0)，采空區(qū)瓦斯涌出量為0.47 m3/s，利用C語言編寫采空區(qū)瓦斯涌出強(qiáng)度和采空區(qū)滲透率分布的函數(shù)關(guān)系。

1.5數(shù)值模擬過程

在笛卡爾坐標(biāo)系下，采用Gambit建模軟件建立物理模型并進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，定義物理模型的邊界條件和初始條件，導(dǎo)入到Fluent解算軟件進(jìn)行數(shù)值解算，解算時采用控制容積法對控制方程進(jìn)行離散，為提高精度，對流項(xiàng)和擴(kuò)散項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式，采用三對角矩陣算法和松弛因子相結(jié)合的方法進(jìn)行迭代計算，速度與壓力之間的耦合采用PISO算法[14]。

2　結(jié)果分析

2.1高抽巷不同抽采負(fù)壓對采空區(qū)漏風(fēng)的影響

為了分析高抽巷抽采負(fù)壓對工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)的影響，模擬得到高抽巷不同抽采負(fù)壓(0、24 kPa，z=2 m)條件下工作面及采空區(qū)漏風(fēng)流線分布，如圖2所示。

a　0 kPa

Fig. 2High suction tunnel different vacuum extraction conditions leakage air flow line of gob

由圖2可以看出，高抽巷抽采負(fù)壓對采空區(qū)的漏風(fēng)有明顯的影響，高抽巷的瓦斯抽采改變了采空區(qū)漏風(fēng)流線的分布規(guī)律，采空區(qū)高度z=2 m時，在進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)抽采負(fù)壓為0和24 kPa時,采空區(qū)漏風(fēng)流線分布規(guī)律基本一致，而在回風(fēng)側(cè)采空區(qū)高抽巷的影響比較明顯，高抽巷抽采負(fù)壓為0 kPa時，工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)大部分經(jīng)過上隅角匯入回風(fēng)巷中，而抽采負(fù)壓為24 kPa時，工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)大部分留在采空區(qū)內(nèi)部，這是高抽巷增加采空區(qū)漏風(fēng)的直接原因。圖3是高抽巷不同抽采負(fù)壓條件下工作面沿程漏風(fēng)風(fēng)速分布。

圖3　不同抽采負(fù)壓下工作面沿程漏風(fēng)風(fēng)速分布

Fig. 3Different drainage under negative pressure working face leakage along wind speed distribution

從圖3可以看出，在高抽巷不同抽采負(fù)壓條件

下，隨著抽采負(fù)壓的增加，工作面漏風(fēng)風(fēng)速在進(jìn)風(fēng)側(cè)差別較小，這主要由于高抽巷距離進(jìn)風(fēng)側(cè)較遠(yuǎn)，對進(jìn)風(fēng)側(cè)的影響也較??；隨著抽采負(fù)壓的增加，由于高抽巷布置在回風(fēng)側(cè)，受到高抽巷的影響較大，導(dǎo)致工作面漏風(fēng)風(fēng)速在回風(fēng)側(cè)差別較大。為了定量分析不同抽采負(fù)壓條件下工作面向采空區(qū)漏風(fēng)量的差別，通過對工作面和采空區(qū)交界面進(jìn)行積分可得，高抽巷抽采負(fù)壓分別為0、8、12、16、20、24 kPa時，工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)量為0.79、1.43、1.57、1.84、2.04、2.25 m3/s，隨著抽采負(fù)壓的增加，工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)量也逐漸增加，最終會導(dǎo)致采空區(qū)遺煤自燃的危險性增加。

2.2高抽巷不同抽采負(fù)壓對采空區(qū)自燃三帶的影響

高抽巷不同抽采負(fù)壓條件下采空區(qū)漏風(fēng)有明顯差別，而采空區(qū)漏風(fēng)對遺煤自燃有重要的影響。z=2 m時，分別模擬高抽巷不同抽采負(fù)壓條件下對采空區(qū)氧氣濃度分布的影響，如圖4所示。

a　0 kPa　　　　　　　　　　　　　　　　b　8 kPa　　　　　　　　　　　　　　　　c　12 kPa

d　16 kPa　　　　　　　　　　　　　　　　e　20 kPa　　　　　　　　　　　　　　　　f　24 kPa

從圖4可以看出，高抽巷不同抽采負(fù)壓對采空區(qū)氧氣體積分?jǐn)?shù)分布規(guī)律的影響比較明顯，抽采負(fù)壓越小，采空區(qū)氧氣濃度10%和18%的等值線越靠近工作面，隨著抽采負(fù)壓的增加，這兩條氧氣體積分?jǐn)?shù)等值線逐漸運(yùn)移到采空區(qū)深部；隨著距離煤層底板越高，工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)也相對減少，采空區(qū)氧氣氣體積分?jǐn)?shù)10%和18%等值線越靠近工作面，高濃度氧氣更接近工作面，這與現(xiàn)場的實(shí)際情況相符。

采空區(qū)自燃三帶的劃分主要有三種指標(biāo)即采空區(qū)氧氣體積分?jǐn)?shù)，采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)速分布和溫升率。其中最常用的是采空區(qū)氧氣氣體積分?jǐn)?shù)劃分指標(biāo)，在采空區(qū)自燃三帶氧氣體積分?jǐn)?shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)中，氧氣體積分?jǐn)?shù)≥18%為散熱帶，在10%≤氧氣體積分?jǐn)?shù)<18%為自燃帶、氧氣體積分?jǐn)?shù)<10%為窒息帶，為了進(jìn)一步定量分析高抽巷抽采負(fù)壓與采空區(qū)自燃三帶之間的關(guān)系，根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)可以得出不同抽采負(fù)壓下采空區(qū)自燃三帶范圍，如表1所示。

表1高抽巷不同抽采負(fù)壓采空區(qū)自燃三帶范圍

Table 1High suction tunnel different vacuum extraction conditions three-band range of gob

抽采負(fù)壓/kPa采空區(qū)寬度/m散熱帶/m自燃帶/m窒息帶/m0進(jìn)風(fēng)巷側(cè)0～102102～226>226回風(fēng)巷側(cè)0～22～18>188進(jìn)風(fēng)巷側(cè)0～135135～274>274回風(fēng)巷側(cè)0～8484～130>13012進(jìn)風(fēng)巷側(cè)0～153153～292>292回風(fēng)巷側(cè)0～100100～135>13516進(jìn)風(fēng)巷側(cè)0～158158～310>310回風(fēng)巷側(cè)0～104104～140>14020進(jìn)風(fēng)巷側(cè)0～161161～338>338回風(fēng)巷側(cè)0～105105～142>14224進(jìn)風(fēng)巷側(cè)0～179179～340>340回風(fēng)巷側(cè)0～106106～144>144

結(jié)合圖4和表1可以看出，高抽巷不同抽采負(fù)壓對采空區(qū)自燃帶分布有重要的影響，不同抽采負(fù)壓條件下采空區(qū)自燃帶寬度中部最大進(jìn)風(fēng)巷側(cè)>回風(fēng)巷側(cè)，由于采空區(qū)進(jìn)風(fēng)巷側(cè)受新鮮風(fēng)流攜帶高濃度氧氣的原因，采空區(qū)內(nèi)部進(jìn)風(fēng)巷側(cè)的自燃帶寬度明顯比回風(fēng)巷側(cè)自燃帶寬度大。高抽巷抽采負(fù)壓分別為0、8、12、16、20、24 kPa時，采空區(qū)進(jìn)風(fēng)巷側(cè)自燃帶的寬度分別為124、139、139、152、157、161 m，回風(fēng)巷側(cè)自燃帶的寬度分別為16、46、35、36、37、38 m，隨著抽采負(fù)壓的增加，采空區(qū)自燃帶寬度逐漸增大，當(dāng)抽采負(fù)壓為12 kPa時，采空區(qū)自燃帶寬度平均值為87 m，該值為采空區(qū)自燃帶寬度曲線的“凹點(diǎn)”。如圖5自燃帶寬度曲線所示，比抽采負(fù)壓分別為8、16、20、24 kPa時，采空區(qū)自燃帶平均寬度92.5、94、97、99.5 m都要小，因此，從控制采空區(qū)遺煤自燃角度分析，抽采負(fù)壓為12 kPa時，采空區(qū)自燃危險性最小。

2.3抽采負(fù)壓對高抽巷瓦斯抽采與采空區(qū)自燃的對比

高抽巷瓦斯抽采與采空區(qū)遺煤自燃是相互影響的，因此,如何能夠兼顧瓦斯抽采和抑制采空區(qū)自燃，對高抽巷抽采負(fù)壓的選擇至關(guān)重要。通過對高抽巷不同抽采負(fù)壓條件下抽采鉆孔出口模擬數(shù)據(jù)的監(jiān)測，結(jié)合采空區(qū)自燃帶分布規(guī)律，得到抽采負(fù)壓對高抽巷抽采瓦斯純量Q與采空區(qū)自燃帶寬度b的影響，如圖5所示。

圖5　抽采瓦斯純量與采空區(qū)自燃帶寬度變化

Fig. 5Gas drainage scalar and gob width variation

從圖5可以看出，隨著抽采負(fù)壓的增加，高抽巷抽采瓦斯純量逐漸增加，抽采負(fù)壓小于12 kPa前，高抽巷抽采瓦斯純量增速較快，抽采負(fù)壓超過12 kPa后，高抽巷抽采瓦斯純量增速率緩慢，從瓦斯抽采的角度，高抽巷抽采負(fù)壓為12 kPa左右比較合理；綜上所述，綜合考慮高抽巷抽采瓦斯純量和采空區(qū)自燃帶寬度，確定9101工作面高抽巷最優(yōu)的抽采負(fù)壓約為12 kPa。

3　結(jié)　論

(1)高抽巷瓦斯抽采改變了采空區(qū)漏風(fēng)流場分布和漏風(fēng)匯的位置，采空區(qū)z=2 m高度上，進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)不同抽采負(fù)壓條件下采空區(qū)漏風(fēng)流場分布規(guī)律差別不大，而在回風(fēng)側(cè)采空區(qū)高抽巷瓦斯抽采對漏風(fēng)流場分布規(guī)律的影響更明顯。

(2)隨著抽采負(fù)壓的增加，工作面漏風(fēng)風(fēng)速在進(jìn)風(fēng)側(cè)差別較小，而工作面漏風(fēng)風(fēng)速在回風(fēng)側(cè)差別較大。高抽巷抽采負(fù)壓分別為0、8、12、16、20、24 kPa時，工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)量分別為0.79、1.43、1.57、1.84、2.04、2.25 m3/s，隨著抽采負(fù)壓的增加，采空區(qū)的漏風(fēng)量也逐漸增加，最終會導(dǎo)致采空區(qū)遺煤自燃的危險性增加。

(3)不同抽采負(fù)壓條件下采空區(qū)自燃帶寬度，中部最大,進(jìn)風(fēng)巷側(cè)次之，回風(fēng)巷側(cè)最小,當(dāng)高抽巷抽采負(fù)壓為12 kPa時，采空區(qū)自燃帶寬度平均值為87 m，比抽采負(fù)壓分別為8、16、20、24 kPa時的采空區(qū)自燃帶寬度平均值都要小。

(4)隨著抽采負(fù)壓的增加，高抽巷抽采瓦斯純量和逐漸增加，抽采負(fù)壓小于12 kPa前，高抽巷抽采瓦斯純量增速較快，抽采負(fù)壓超過12 kPa后，高抽巷抽采瓦斯純量增速緩慢。因此，綜合考慮高抽巷抽采瓦斯純量和采空區(qū)自燃帶寬度，確定9101工作面高抽巷最優(yōu)的抽采負(fù)壓在12 kPa左右。

[1]林海飛，李樹剛.走向高抽巷合理層位的FLUENT數(shù)值模擬[J]．遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報， 2014， 33(2)： 172-177．

[2]王春橋．大佛寺礦走向高抽巷瓦斯抽采參數(shù)優(yōu)化研究[D]． 西安： 西安科技大學(xué)， 2013.

[3]王林． 銅川焦坪礦區(qū)頂板走向高抽巷合理層位研究[D]．焦作： 河南理工大學(xué)， 2009.

[4]武磊． 黃巖匯煤礦高抽巷抽采瓦斯技術(shù)研究[D]．合肥： 安徽理工大學(xué)， 2013.

[5]高林， 馬海峰. 高抽巷抽采瓦斯流動耦合模型及內(nèi)錯距離分析[J]. 煤礦安全， 2014， 45(6)， 152-155.

[6]婁金福. 頂板瓦斯高抽巷采動變形機(jī)理及優(yōu)化布置研究[D]. 徐州： 中國礦業(yè)大學(xué), 2008.

[7]高保彬, 王祖洸， ?？〗? 外錯型走向高抽巷瓦斯抽采技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù), 2015 (7): 68-73.

[8]高建良, 劉明信， 徐文. 高抽巷抽采對采空區(qū)漏風(fēng)規(guī)律的影響研究[J]. 河南理工大學(xué)學(xué)報, 2015， 34(2): 141-145.

[9]肖峻峰， 張德萬．走向高抽巷布置參數(shù)分析與瓦斯抽采工程實(shí)踐[J]．安全環(huán)保， 2012， 32(5): 81-84．

[10]馮雪. 高抽巷層位對采空區(qū)自燃危險性影響的數(shù)值模擬分析[J]. 中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)， 2013， 9(9): 59-63.

[11]尹曉雷. 高抽巷抽采條件下綜采面采空區(qū)煤炭自燃防治技術(shù)研究[D]. 合肥： 安徽理工大學(xué), 2015.

[12]張玫潤， 楊勝強(qiáng)， 程健維. 一面四巷高位瓦斯抽采及浮煤自燃耦合研究[J]. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2013(4): 513-518.

[13]張儉讓， 陳偉， 張荃. 高抽巷瓦斯抽采對工作面安全開采的影響分析[J]. 西安科技大學(xué)學(xué)報. 2016， 36(1): 13-18.

[14]王福軍. 計算流體動力學(xué)分析[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社, 2004.

(編輯徐巖)

Numerical simulation of drainage negative of high alley pumping effect on the goaf air leakage and spontaneous combustion zone

LIUJiajia,WANGDan1,GAOJianliang4

(1. School of Safety Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China；2. Hunan Key Lab of Coal Safety Mining Technology， Hunan University of Science & Technology， Xiangtan 411201, China；3. School of Resources & Safety Engineering, China University of Mining & Technology(Beijing), Beijing 100083, China；4. School of Safety Science & Engineering, Henan Polytechnic University Jiaozuo 454003, China)

This paper is aimed at preventing the spontaneous combustion of residual coal by studying Face High suction tunnel drainage negative pressure on Gob Spontaneous Combustion and influence using computational fluid dynamics software Fluent, combined with No 9101 in a Shanxi mine. The results show that the negative pressure of 0, 8, 12, 16, 20, 24 kPa in the drainage is the condition favorable to using a physical model and numerical simulation; different drainage negative pressure has a significant impact on the goaf leakage air flow field distribution and the mined-out area air leakage; Gob Spontaneous Combustion widths under different drainage negative pressure are central>inlet side lane >return airway side; in the case of negative pressure drainage of 12 kPa, an average Gob width is 87 m, referred to as the “pits” of the spontaneous bandwidth curve. An increase in the suction drainage pressure is accompanied by a gradual increase in the net gas drainage scalar of the high pumping lane is, but there occurs a threshold of 12 kPa preceded by a faster growth of the net gas drainage scalar and followed by a slower faster growth of the net gas drainage scalar. The comprehensive consideration of the net gas drainage scalar of high pumping lane and the bandwidth of goaf points to the conclusion that the optimal suction drainage pressure of high pumping lane is about 12 kPa in the 9101 working face.

goaf; high alley pumping; spontaneous combustion zone; numerical simulation

2016-06-07

煤礦安全開采技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目( 201502)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51474219；51174079)

劉佳佳(1985-)，男，河南省焦作人，講師，博士研究生，研究方向：礦山通風(fēng)理論及技術(shù)、瓦斯災(zāi)害防治，E-mail：liujiajia8803@163.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2016.04.003

TD712.6

2095-7262(2016)04-0362-06

A