辛 嵩，孟祥喜，屈永良，陳興波,2

(1.山東科技大學(xué) 礦業(yè)與安全工程學(xué)院，山東 青島 266590;2.中國石化河北唐山石油分公司,河北 唐山 063000)

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大傾角采煤工作面熱害機(jī)理分析

辛 嵩1，孟祥喜1，屈永良1，陳興波1,2

(1.山東科技大學(xué) 礦業(yè)與安全工程學(xué)院，山東 青島 266590;2.中國石化河北唐山石油分公司,河北 唐山 063000)

基于理想化的大傾角工作面及采空區(qū)建立二維直角坐標(biāo)系，結(jié)合采煤工作面的溫度分布模型，以微積分的形式，建立大傾角工作面熱風(fēng)壓模型。在大傾角工作面熱風(fēng)壓模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合采空區(qū)熱風(fēng)壓作用規(guī)律的四個不同階段，以采空區(qū)臨界點(diǎn)、臨界溫度為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)路風(fēng)流方向的判定條件。通過對山東某礦3206工作面分析得出：3206工作面處于熱風(fēng)壓作用的第四個階段，即采空區(qū)內(nèi)部高溫有害氣體沿漏風(fēng)風(fēng)路從工作面上隅角涌入工作面。

大傾角；漏風(fēng)通道；高溫?zé)岷?；熱風(fēng)壓；采空區(qū)

近年來，隨著煤炭開采深度的增加，大傾角、高地溫等復(fù)雜地質(zhì)條件的采煤工作面越來越多，而且呈現(xiàn)出與普通高溫采煤工作面不同的熱害特點(diǎn)。何滿潮等[1-2]提出我國深部礦井地溫場的三種模式，即線性模式、非線性模式和異常模式，通過室內(nèi)試驗(yàn)研究了溫度對深部巖石強(qiáng)度和吸附氣體逸出的影響；并提出了HEMS系統(tǒng)在礦井現(xiàn)場降溫方面的應(yīng)用對策；楊德源[3]從理論上對礦山熱環(huán)境以及控制措施進(jìn)行了闡述；衛(wèi)修君[4]對礦山降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析；亓玉棟等[5]對當(dāng)今煤礦熱害防治現(xiàn)狀做了詳細(xì)地闡述。經(jīng)過我國煤炭科技工作者的不懈努力，礦井熱害防治理論取得了長足的進(jìn)步，并逐漸應(yīng)用到采煤工作面。從采煤工作面的熱源分析、冷負(fù)荷的計(jì)算、空冷器的選型及布置方面對采煤工作面的高溫?zé)岷Ψ謩e進(jìn)行了研究，這些成果奠定了我國礦井熱害防治理論，尤其是采煤工作面熱害防治的基礎(chǔ)。本課題通過對大傾角采煤工作面熱害問題形成原因的探究，找出大傾角、采煤工作面高溫高濕問題以及采空區(qū)高溫有害氣體涌出問題之間的相互關(guān)系及作用規(guī)律，確保大傾角采煤工作面熱害治理方案的應(yīng)用效果。

1 大傾角高溫采煤工作面熱害特點(diǎn)分析

為運(yùn)輸方便，節(jié)約電能，采煤工作面運(yùn)輸平巷水平一般低于軌道平巷，機(jī)電設(shè)備也多集中在運(yùn)輸平巷。因此，為最大限度地利用通風(fēng)對高溫采煤工作面進(jìn)行高溫治理，降低運(yùn)輸中煤炭對風(fēng)流的加熱作用，高溫采煤工作面一般采用下行通風(fēng)。大傾角采煤工作面由于受煤層賦存條件、采煤工藝等因素的制約，往往具有推進(jìn)速度慢、采空區(qū)遺煤多、局部自然風(fēng)壓較大等特點(diǎn)。大傾角高溫采煤工作面熱害特點(diǎn)及形成主要由于煤層傾角大，造成工作面進(jìn)、回風(fēng)隅角較大，引起熱風(fēng)壓大，同時由于采空區(qū)遺煤過多、工作面推進(jìn)速度較慢、原巖溫度較高，造成采空區(qū)高溫氣體涌出，從而引起礦井熱害。

圖1 下行通風(fēng)采煤工作面漏風(fēng)示意圖

Fig.1 Schematic diagram of working downward ventilation air leakage in coal face

當(dāng)大傾角采煤工作面采用下行通風(fēng)時，其漏風(fēng)通路如圖1所示。由于大傾角采煤工作面采空區(qū)遺煤較多，遺煤在漏風(fēng)風(fēng)流的氧化作用下，緩慢氧化，放出熱量。采空區(qū)圍巖散熱及遺煤氧化的共同作用，致使采空區(qū)的氣體溫度比采煤工作面內(nèi)的空氣高。大傾角采煤工作面的突出特點(diǎn)是煤層傾角大，其工作面上、下隅角的垂直距離較大。在密度差與高程差的綜合作用下，便會在工作面風(fēng)路與采空區(qū)漏風(fēng)通路之間形成局部的自然風(fēng)壓。此自然風(fēng)壓是由于采空區(qū)與工作面之間空氣溫度不同引起的，因此，定義此局部自然風(fēng)壓為熱風(fēng)壓。

2 大傾角采煤工作面熱害形成規(guī)律

2.1 熱風(fēng)壓作用規(guī)律的探究

2.1.1 采煤工作面漏風(fēng)通道理想化模型的建立

下行通風(fēng)采煤工作面漏風(fēng)是連續(xù)的，越靠近采煤工作面，漏風(fēng)風(fēng)流風(fēng)速越大、風(fēng)路越短；越遠(yuǎn)離工作面，漏風(fēng)風(fēng)流風(fēng)速越小，風(fēng)路越長。如圖2所示，為研究方便，僅列出三條漏風(fēng)風(fēng)路示意圖，虛線代表采空區(qū)漏風(fēng)通路。具體漏風(fēng)通路的確定，可以采用示蹤技術(shù)，目前比較常用的是以SF6為示蹤氣體，確定漏風(fēng)通路與漏風(fēng)量[6]。

圖2 漏風(fēng)通路簡化圖

Fig.2 Simplified diagram leakage pathways

2.1.2 采空區(qū)熱風(fēng)壓作用規(guī)律

如圖2所示，漏風(fēng)通路與采煤工作面風(fēng)路可以看作是并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)。因此，其在遵循風(fēng)量分配基本規(guī)律(即風(fēng)量平衡規(guī)律、風(fēng)壓平衡規(guī)律和阻力定律)的同時，還遵循并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特性[7]。以漏風(fēng)通路3為例，說明采空區(qū)熱風(fēng)壓的作用規(guī)律。漏風(fēng)通路3與工作面風(fēng)路6組成并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)，采空區(qū)漏風(fēng)通路3與工作面風(fēng)路6可能由于空氣溫度的不同會引起其密度的不同，進(jìn)而產(chǎn)生熱風(fēng)壓，可將采空區(qū)熱風(fēng)壓的作用規(guī)律分為四個階段，即：熱風(fēng)壓未形成階段、熱風(fēng)壓阻礙漏風(fēng)階段、熱風(fēng)壓臨界點(diǎn)和漏風(fēng)風(fēng)流反向階段。

1) 熱風(fēng)壓未形成階段

此階段采空區(qū)熱風(fēng)壓尚未形成，采空區(qū)風(fēng)路內(nèi)的風(fēng)流溫度和密度與采煤工作面一致，則由風(fēng)量平衡定律、風(fēng)壓平衡定律、阻力定律以及并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性可知：

M5=M3+M6；

(1)

h6=h3；

(2)

(3)

(4)

其中：M—風(fēng)流質(zhì)量；hi—i處風(fēng)路的摩擦阻力(i=1、2、…、6)；R—摩擦風(fēng)阻；Q—風(fēng)量；n—漏風(fēng)風(fēng)流的流態(tài)指數(shù)，n=1～2；當(dāng)漏風(fēng)流態(tài)為紊流時，n=2；過渡流時，1

2) 熱風(fēng)壓阻礙漏風(fēng)階段

此階段由于圍巖散熱，煤炭自然氧化等因素的影響，采空區(qū)內(nèi)部空氣溫度上升，造成采空區(qū)風(fēng)路3與工作面風(fēng)路6之間的空氣存在溫度差，進(jìn)而存在密度差。因此，在漏風(fēng)通路3中，熱風(fēng)壓只起到部分通風(fēng)阻力的作用、阻礙工作面向采空區(qū)漏風(fēng)，熱風(fēng)壓用ph熱表示，可知

h6=h3+ph熱。

(5)

3) 熱風(fēng)壓臨界點(diǎn)

由于采空區(qū)圍巖及煤炭氧化對采空區(qū)空氣的持續(xù)加熱，采空區(qū)風(fēng)路與工作面風(fēng)路之間的熱風(fēng)壓不斷增大，當(dāng)熱風(fēng)壓壓力值等于節(jié)點(diǎn)E、F間的通風(fēng)壓力時，便達(dá)到一個臨界值，在此臨界條件下，采空區(qū)漏風(fēng)通路風(fēng)量為零，熱風(fēng)壓完全充當(dāng)漏風(fēng)通路2的通風(fēng)阻力，可知

h6=h3+ph熱=ph熱。

(6)

4) 漏風(fēng)風(fēng)流反向階段

當(dāng)采空區(qū)漏風(fēng)通路與工作面風(fēng)路之間的熱風(fēng)壓超過臨界值時，采空區(qū)漏風(fēng)通路的風(fēng)流便會發(fā)生反轉(zhuǎn)，采空區(qū)內(nèi)的高溫氣體便會從節(jié)點(diǎn)E流出，并與新鮮風(fēng)流M5混合后，進(jìn)入工作面風(fēng)路6。此階段，熱風(fēng)壓不僅需要克服節(jié)點(diǎn)E、F之間的壓力差，還需要克服漏風(fēng)通路2中的通風(fēng)阻力，可知

ph熱=h3+h6。

(7)

2.2 采空區(qū)熱風(fēng)壓模型的假設(shè)條件

為了簡化問題，便于建立數(shù)學(xué)模型，對采煤工作面及采空區(qū)作如下假設(shè)：

1) 采空區(qū)為均質(zhì)各向同性的多孔介質(zhì)；

2) 采空區(qū)內(nèi)的熱源只考慮圍巖、煤體散熱以及遺煤自然氧化散熱；工作面內(nèi)熱源主要有圍巖散熱、運(yùn)輸中的煤炭散熱，其他熱源的放熱量統(tǒng)一用∑Qm表示；

3) 采空區(qū)內(nèi)部各空氣成分之間無化學(xué)反應(yīng)。

2.3 大傾角采煤工作面采空區(qū)熱風(fēng)壓模型的建立

大傾角工作面熱風(fēng)壓形成的實(shí)質(zhì)是工作面風(fēng)路與采空區(qū)風(fēng)路之間由于空氣溫度的不同而形成的一個較大的局部自然風(fēng)壓[8-9]，即：

H熱=H自；

(8)

H自=gZ(ρ1-ρ2)。

(9)

式中：H—自然風(fēng)壓；Z—工作面漏風(fēng)點(diǎn)與匯風(fēng)點(diǎn)的垂高，Z=Lsinθ，其中L是工作面漏風(fēng)點(diǎn)與匯風(fēng)點(diǎn)的直線距離，θ為煤層傾角；g—重力加速度；ρ1—存在熱風(fēng)壓后，采煤工作面空氣密度;ρ2—采空區(qū)空氣密度。

圖3 工作面、采空區(qū)二維平面直角坐標(biāo)系

Fig.3Two-dimensionalCartesiancoordinatesystemofworkingfaceandgoaf

2.3.1 熱風(fēng)壓微分方程

以工作面下隅角為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿煤層走向?yàn)閄軸(指向采空區(qū)深部為正)，沿煤層傾向向上為Y軸正方向，建立工作面、采空區(qū)二維平面直角坐標(biāo)系，如圖3所示。

取AD段長度為dy，則對應(yīng)的BC段長度也為dy，則在A-B-C-D組成的漏風(fēng)循環(huán)中，熱風(fēng)壓微分公式為

(10)

2.3.2 熱風(fēng)壓積分方程

由漏風(fēng)通道A-B-C-D內(nèi)形成的熱風(fēng)壓方程為

(11)

式中：l—采煤工作面AD段的直線距離，m；T1、T2—采煤工作面AD段及采空區(qū)BC段風(fēng)流平均溫度，K；θ—煤層傾角。

2.3.3 工作面溫度分布模型及采空區(qū)最高溫度

1) 工作面溫度分布模型

采煤工作面的范圍為進(jìn)風(fēng)平巷的上隅角至回風(fēng)平巷的下隅角，假設(shè)采煤工作面長度為L，則上隅角坐標(biāo)為(0，L)，下隅角為(0，0)。工作面的熱源分為三大類：圍巖(煤壁及上下頂板)散熱，采落的煤體、矸石散熱以及其他熱源散熱，熱傳遞方式主要為熱傳導(dǎo)和熱對流。則風(fēng)流通過采煤工作面時的熱平衡微分方程式為

(12)

dQk=0.002 4mcm(Tr-Twn)(dy)0.8。

(13)

式中：MB—風(fēng)流的質(zhì)量流量，kg/s；cp—空氣的定壓比熱容，J/(kg·K)；γ—汽化潛熱，J/kg；d—空氣的含濕量，g/kg；Qgu—圍巖散熱量，W；Qk—運(yùn)輸中煤炭的散熱量，W；Qm—其他熱源散熱量，W；Kτ—圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，W/(m2·K)；U—風(fēng)流與工作面接觸的周長，m；Tgu—圍巖溫度，K；m—煤炭及矸石運(yùn)輸量，kg/s；cm—煤炭或矸石的比熱容，J/(kg·K)，對煤炭來說，cm≈1.25 J/(kg·K)；Tr—運(yùn)輸中煤炭始點(diǎn)的平均溫度，K，比工作面原始巖溫低4～8℃；Twn—工作面中風(fēng)流的平均濕球溫度，K。

以工作面上隅角(即x=0，y=L)為積分始點(diǎn)，以工作面任一位置為積分終點(diǎn)，對公式(12)、(13)進(jìn)行積分得

(14)

式中：l—工作面中點(diǎn)(0，y)到工作面上隅角的直線距離，m，l=L-y；T1—工作面中點(diǎn)(0，y)的風(fēng)流溫度，K；T0—工作面上隅角風(fēng)流溫度，K；d1—工作面中點(diǎn)(0，y)的風(fēng)流含濕量，g/kg；d0—工作面上隅角風(fēng)流含濕量，g/kg。

工作面溫度T1的表達(dá)式為

(15)

2) 采空區(qū)最高溫度

采空區(qū)內(nèi)部氣體的溫度T2是一個與采空區(qū)位置、時間有關(guān)的函數(shù)。經(jīng)分析并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況知：當(dāng)氣體到達(dá)采空區(qū)一定深度、并經(jīng)過一段時間后，采空區(qū)氣體溫度趨于一個穩(wěn)定數(shù)值，該溫度高于采空區(qū)圍巖的原始巖溫。

T2=Tgu×K補(bǔ)。

(16)

表1b，ε′，Pm參數(shù)取值

Tab.1 The parameters ofb，ε′，Pm

風(fēng)溫/℃bε'Pm井下地面1～1061.9789.3241016.12734.1611～1750.27419.9791459.011053.0818～23144.305-3.7702108.051522.0824～29197.838-8.9883028.412187.8530～35268.328-14.2884281.273105.5536～45393.015-22.9586497.054692.24

式中：Tgu—采空區(qū)冒落巖石及圍巖的原始巖溫，K；K補(bǔ)—采空區(qū)風(fēng)溫補(bǔ)償系數(shù)，與工作面推進(jìn)速度、頂板管理方式、漏風(fēng)風(fēng)量及煤炭采出率等因素有關(guān)，一般采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。

2.3.4 大傾角工作面熱風(fēng)壓模型

如圖3，假設(shè)采煤工作面的漏風(fēng)點(diǎn)為A、坐標(biāo)為(0，yA)，匯風(fēng)點(diǎn)為D、坐標(biāo)為(0，yD)。在A-B-C-D與A-D組成的并聯(lián)風(fēng)路中的熱風(fēng)壓可表示為

(17)

式中：T1—AD段風(fēng)流的平均風(fēng)溫，可用AD段中點(diǎn)的溫度代替，K。

2.4 大傾角采煤工作面熱風(fēng)壓臨界條件的分析

2.4.1 采空區(qū)臨界溫度

如圖4所示，為工作面采空區(qū)并聯(lián)風(fēng)路的示意圖，其中：A點(diǎn)為漏風(fēng)點(diǎn)，B點(diǎn)為匯風(fēng)點(diǎn)，實(shí)線A-1-B為工作面風(fēng)路，虛線A-2-B為采空區(qū)風(fēng)路。

圖4 簡化的并聯(lián)風(fēng)路

Fig.4Simplifiedparallelairduct

正常條件下，工作面與采空區(qū)漏風(fēng)通路之間形成的并聯(lián)風(fēng)路的風(fēng)流流向如圖4(a)所示，均為下行風(fēng)；當(dāng)熱風(fēng)壓等于漏風(fēng)節(jié)點(diǎn)AB點(diǎn)的通風(fēng)壓力時，此點(diǎn)處于最理想狀態(tài)，工作面不向采空區(qū)漏風(fēng)，采空區(qū)也無高溫有害氣體涌入工作面，如圖4(b)所示；當(dāng)熱風(fēng)壓超過漏風(fēng)節(jié)點(diǎn)AB間的通風(fēng)壓力時，熱風(fēng)壓充當(dāng)采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)路中的通風(fēng)動力，在克服AB點(diǎn)的通風(fēng)壓力后，還為采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)路中的反轉(zhuǎn)風(fēng)流提供通風(fēng)動力，如圖4(c)所示。分析知，當(dāng)熱風(fēng)壓正好等于漏風(fēng)節(jié)點(diǎn)AB間的熱風(fēng)壓時，狀態(tài)最為理想,此點(diǎn)為臨界點(diǎn)。

2.4.2 臨界溫度公式的推導(dǎo)

(18)

臨界溫度比

(19)

(20)

(21)

由于采煤工作面特征參數(shù)δ為定值，因此，采空區(qū)臨界溫度T臨是一個關(guān)于采煤工作面的風(fēng)量Q1和風(fēng)流溫度T1的函數(shù)，分別對Q1和T1求偏導(dǎo)數(shù)，可得出T臨與Q1和T1的關(guān)系。

1) 采空區(qū)臨界溫度T臨與工作面的風(fēng)量Q1的關(guān)系

(22)

2) 采空區(qū)臨界溫度T臨與采煤工作面風(fēng)流溫度T1的關(guān)系

(23)

2.4.3 不同條件下的氣體運(yùn)動規(guī)律

1) 采空區(qū)氣體溫度高于工作面風(fēng)流溫度但低于臨界溫度

(24)

式中ph漏為漏風(fēng)風(fēng)壓。

由上式分析知：當(dāng)采空區(qū)內(nèi)部氣體溫度低于臨界溫度時，其與工作面組成的并聯(lián)漏風(fēng)通路中的熱風(fēng)壓小于采空區(qū)風(fēng)路風(fēng)流停滯的臨界值，由于熱風(fēng)壓的存在，且方向與漏風(fēng)風(fēng)流方向相反，熱風(fēng)壓實(shí)質(zhì)上起到了通風(fēng)阻力的作用，即漏風(fēng)風(fēng)路漏風(fēng)點(diǎn)與匯風(fēng)點(diǎn)之間的壓能差降低。

2) 采空區(qū)氣體溫度等于臨界溫度

(25)

此時采空區(qū)內(nèi)部氣體的溫度等于臨界溫度，其形成的熱風(fēng)壓等于采空區(qū)風(fēng)路風(fēng)流停滯的漏風(fēng)風(fēng)壓值，采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)路的風(fēng)流處于停滯狀態(tài)。

3) 采空區(qū)氣體溫度高于臨界溫度

(26)

此時，由于采空區(qū)內(nèi)部形成的熱風(fēng)壓大于其漏、匯風(fēng)點(diǎn)間的壓能差，故采空區(qū)內(nèi)高溫有害氣體在熱風(fēng)壓的作用下，在漏風(fēng)點(diǎn)涌出、與進(jìn)入工作面的新鮮風(fēng)流混合后，進(jìn)入工作面風(fēng)路。

3 工程應(yīng)用

3.1 礦井概況

我國山東某礦3206工作面，煤層傾角32°，厚度3.5 m，布置工作面長度180 m，回采長度1 400 m。工作面軌道平巷-700 m，運(yùn)輸平巷埋深-795 m，采用下行通風(fēng)方式，進(jìn)風(fēng)量為1 852 m3/min，風(fēng)速2.1 m/s。工作面原始巖溫35.7～38.2 ℃，平均36.95 ℃。經(jīng)過降溫處理后，采煤工作面溫度達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的28 ℃，經(jīng)測定，工作面上下隅角的壓能差為27 Pa，井下大氣壓力為99 625 Pa。

3.2 3206工作面熱害形成機(jī)理及作用規(guī)律分析

1) 3206工作面熱害形成機(jī)理分析

3206工作面為大傾角采煤工作面，雖采取了機(jī)械制冷降溫措施，工作面高溫高濕問題得到改善，但依然存在采空區(qū)高溫有害氣體涌出問題。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查，采空區(qū)高溫有害氣體主要由工作面上隅角涌出，涌出風(fēng)流溫度高達(dá)40 ℃。3206工作面空氣溫度在采取降溫措施后，穩(wěn)定在28 ℃左右，工作面上隅角涌出氣體溫度為40 ℃，可基本看作是采空區(qū)內(nèi)部空氣溫度。因此在工作面與采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)路組成的并聯(lián)風(fēng)路中，風(fēng)流存在密度差。在大傾角工作面高程差的作用下，形成熱風(fēng)壓，迫使采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流反向，由工作面上隅角涌出，形成3206工作面采空區(qū)高溫有害氣體涌出的問題。

2) 3206工作面熱風(fēng)壓作用規(guī)律分析

3206工作面采空區(qū)高溫有害氣體涌出的問題，是熱風(fēng)壓造成的。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件可知，3206工作面空氣溫度為28 ℃，工作面上下隅角的壓能差為27 Pa，井下大氣壓力為99 625 Pa，采空區(qū)內(nèi)部空氣溫度為40 ℃，帶入公式得：T臨=35.72 ℃。

經(jīng)分析可知3206工作面上、下隅角壓能差為28 Pa，故ph熱>h漏。進(jìn)一步計(jì)算可知：KT臨，3206工作面處于熱風(fēng)壓作用的第四個階段，即：漏風(fēng)風(fēng)流反向階段。因此，出現(xiàn)了采空區(qū)內(nèi)部高溫有害氣體沿漏風(fēng)風(fēng)路從工作面上隅角涌入工作面的熱害問題。

4 結(jié)論

1) 根據(jù)熱風(fēng)壓作用規(guī)律，可將采空區(qū)熱風(fēng)壓的作用過程分為四個階段，即：熱風(fēng)壓未形成階段、熱風(fēng)壓阻礙漏風(fēng)階段、熱風(fēng)壓臨界點(diǎn)和漏風(fēng)風(fēng)流反向階段。

2) 運(yùn)用建立的大傾角工作面熱風(fēng)壓模型和采空區(qū)臨界溫度公式對山東某礦3206工作面進(jìn)行分析。結(jié)果表明：3206工作面處于熱風(fēng)壓作用的漏風(fēng)風(fēng)流反向階段，出現(xiàn)了采空區(qū)內(nèi)部高溫有害氣體沿漏風(fēng)風(fēng)路從工作面上隅角涌入工作面的熱害問題。

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(責(zé)任編輯：呂海亮)

Mechanism Analysis of Heat Harm in Large Dip Angle Coal Mining Working Face

XIN Song1,MENG Xiangxi1,QU Yongliang1,CHEN Xingbo1，2

(1.College of Mining and Safety Engineering,Shandong University of Science and Technology,Qingdao,Shandong 266590,China；2.The Branch of Tangshan Petroleum Company,SINOPEC,Tangshan,Hebei 063000,China)

Under the two-dimensional rectangular coordinate system established in idealized large dip angle working face and goaf,and combined with the temperature distribution model of coal face,a heat wind pressure model of large dip angle working face was set up in the form of calculus.Based on this model and combined with the four different stages of heat wind pressure action law in the goaf,the wind direction judging criteria of air leakage wind path in goaf were deduced from the analysis of the critical point and critical temperature.The analysis of working surface 3206 in a mine in Shandong showed that during the fourth stage of heat wind pressure action,the high temperature and noxious gas inside the goaf went up from the upper corner onto working face 3206 along the air leakage wind path.

large dip angle;air leakage channel;high temperature and heat harm;heat wind pressure;goaf

2016-01-21

國家自然科學(xué)青年科學(xué)基金項(xiàng)目(51204103)

辛 嵩(1968—),男,山東萊陽人,教授,博士,主要從事礦井通風(fēng)與降溫方向研究.E-mail:xinsong518@126.com 孟祥喜(1990—),男,山東鄒城人,博士研究生,主要從事礦井通風(fēng)與降溫方向研究,本文通信作者. E-mail:467717846@qq.com

TD727

A

1672-3767(2016)05-0042-07