【摘要】：唐口煤礦5304綜采工作面瓦斯分布區(qū)域異常,影響工作面安全生產(chǎn)。根據(jù)導(dǎo)氣裂隙帶高度和采空區(qū)裂隙分布O型圈理論計(jì)算采空區(qū)瓦斯分布范圍,采用FLUENT數(shù)值模擬5304采空區(qū)瓦斯分布。結(jié)果表明:采空區(qū)瓦斯分布可分為3個(gè)平面特征區(qū):空隙區(qū)域Ⅰ、壓實(shí)區(qū)域Ⅱ、上隅角瓦斯積聚區(qū)域Ⅲ;導(dǎo)氣裂隙帶高度為35 m,隨著高度的增加,采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛戎饾u增大;設(shè)置高位抽放鉆孔時(shí),應(yīng)將高位抽放鉆孔設(shè)置在工作面導(dǎo)氣裂隙帶1/2高度(17.5 m)以上。
【圖文】：

圖1工作面煤層及頂?shù)装寰C合柱狀圖面”，有“強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)”。2采空區(qū)瓦斯分布數(shù)值模擬2．1模擬軟件FLUENT軟件廣泛用于流體工程技術(shù)分析，具有豐富的物理計(jì)算模型、先進(jìn)的數(shù)值求解方法和強(qiáng)大的前后處理能力，能夠高效的解決多領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜流動(dòng)計(jì)算問(wèn)題，其多孔介質(zhì)模型可以用來(lái)模擬礦井采空區(qū)內(nèi)混合氣體運(yùn)移規(guī)律，，被廣泛應(yīng)用于采空區(qū)流場(chǎng)分析［11－14］。2．2模型假設(shè)唐口煤礦5304綜采工作面傾向長(zhǎng)230m，巷道寬5m，高4m，模擬按工作面斷面寬5m，高4m;工作面供風(fēng)量一般在1700m3/min左右。根據(jù)實(shí)際情況作出如下假設(shè):①假設(shè)工作面切眼及進(jìn)、回風(fēng)巷道假設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)幾何體;②假設(shè)5304工作面煤層完全水平;③忽略5304綜采工作面割煤機(jī)、液壓支架等設(shè)備的影響;④忽略工作面周期來(lái)壓對(duì)采空區(qū)瓦斯分布的影響;⑤忽略遠(yuǎn)處煤巖體的影響;⑥忽略巷道煤壁瓦斯涌出。巷道周圍煤壁瓦斯釋放與工作面瓦斯涌出和采空區(qū)瓦斯涌出相比微乎其微，因此，忽略巷道煤壁瓦斯涌出。2．3采空區(qū)瓦斯分布范圍計(jì)算基于采空區(qū)頂板“O－X”破斷和采空區(qū)裂隙分布“O型圈”理論［15－17］，以瓦斯賦存和瓦斯抽采為導(dǎo)向?qū)Σ煽諈^(qū)進(jìn)行分區(qū)。縱向分區(qū)為:導(dǎo)氣裂隙帶、卸壓解析帶、不易解析帶。導(dǎo)氣裂隙帶是可以用于抽采瓦斯的，將導(dǎo)氣裂隙帶進(jìn)行橫向分區(qū)為:Ⅰ區(qū)(側(cè)向裂隙區(qū))、Ⅱ區(qū)(“O”形圈裂隙區(qū))、Ⅲ區(qū)(重新壓實(shí)區(qū))［18］。卸壓解吸帶范圍內(nèi)煤層瓦斯充分卸壓解吸，但不能或極少涌向工作面，按前假設(shè)，認(rèn)為導(dǎo)氣裂隙帶高度近似等于普通巖層破斷縱三帶的冒落帶、裂隙帶的高度，具體解算［19］如下:Hm=100M6．2M+10．0±2．5(1)Hl=100M3．1M+6．0(2)式中:Hm為采空區(qū)冒落帶高度范圍(具體取值與頂板巖性有關(guān))，m;Hl為采

圖25304工作面瓦斯抽采基本模型網(wǎng)格劃分確定，工作面設(shè)置為流體區(qū)域。邊界條件設(shè)置如下:1)進(jìn)風(fēng)巷入口設(shè)為速度進(jìn)口，按配風(fēng)量換算得出速度為1．42m/s，入口壓力50Pa。2)回風(fēng)巷出口設(shè)為壓力出口，出口壓力設(shè)置為－50Pa。3)工作面與采空區(qū)分別設(shè)置2個(gè)瓦斯涌出源，瓦斯質(zhì)量流量值由5304工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果計(jì)算后得到。某一區(qū)域瓦斯涌出質(zhì)量源項(xiàng)的計(jì)算［20］如下:Qs=Qg·ρgVg(3)式中:Qs為區(qū)域瓦斯涌出質(zhì)量源項(xiàng)，kg/(m3·s);Qg為區(qū)域內(nèi)瓦斯涌出量，m3/s;ρg為瓦斯密度，為0．7167kg/m3;Vg為瓦斯涌出質(zhì)量源項(xiàng)所占區(qū)域總體積，m3。唐口5304回采工作面瓦斯總涌出量為12．69m3/min，其中本煤層涌出為9．0m3/min，占總量比例為70．97%，采空區(qū)及鄰近層涌出量為3．69m3/min，占總量比例為29．03%。工作面涌出源項(xiàng)設(shè)置為1．9×10－5kg/(m3·s)，采空區(qū)涌出源項(xiàng)設(shè)置為9．7×10－7kg/(m3·s)。4)其他部分邊界設(shè)置為壁面。3模擬結(jié)果與分析對(duì)5304回采工作面及采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植歼M(jìn)行模擬，得出采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律如圖3。3．1采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律工作面開(kāi)始回采后，采空區(qū)形成O型裂隙圈。U型通風(fēng)采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流流場(chǎng)分布圖如圖4，漏風(fēng)風(fēng)流在采空空間大的地方和風(fēng)流漏風(fēng)流大的地方，瓦斯容易被稀釋，瓦斯?jié)舛认鄬?duì)較低;反之，瓦斯容易積聚，瓦斯?jié)舛认鄬?duì)較高。根據(jù)瓦斯?jié)舛鹊拇笮〔煌�，采空區(qū)瓦斯分布有如下特征:圖3無(wú)抽采狀態(tài)下采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植?z=3m)圖4U型通風(fēng)采空區(qū)漏風(fēng)流場(chǎng)分布示意圖1)采空區(qū)內(nèi)靠近工作面處由于工作面漏風(fēng)影響瓦斯?jié)舛容^低，但由于頂板巖石垮落后巖石碎脹系數(shù)不同，形成不規(guī)則的空隙區(qū)域Ⅰ，此區(qū)域內(nèi)瓦斯分布非均衡?

【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2554769