張集礦1111工作面高抽巷位置對工作面瓦斯治理效果的數(shù)值模擬研究.pdf

1、煤礦作為我國一次能源的主體，是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的主要原料，然而煤礦事故仍然不時(shí)發(fā)生，不但會(huì)產(chǎn)生一定的財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)也對人生安全產(chǎn)生很大威脅。瓦斯事故在所有煤炭事故中一直占這很大比例，尤其是工作面上隅角瓦斯超限問題，因此對于礦井瓦斯的治理是關(guān)系到煤礦生產(chǎn)能否安全進(jìn)行的重要影響因素。高抽巷對于高瓦斯礦井上隅角瓦斯超限問題的治理取得一定的效果，也越來越多的被應(yīng)用在各種不同煤礦中，高抽巷抽采瓦斯效果與高抽巷布置層位是否合理有很大關(guān)系。

2、r>　　本文將通過數(shù)值模擬方法來分析采空區(qū)內(nèi)瓦斯分布及運(yùn)移狀況，從而確定出高抽巷布置的合理位置。詳細(xì)的敘述了采空區(qū)瓦斯來源，影響因素，給出瓦斯涌出量相關(guān)計(jì)算公式;分析了采空區(qū)橫三區(qū)（自然堆積區(qū)，載荷影響區(qū)和壓實(shí)穩(wěn)定區(qū)）和豎直方向（裂隙帶和垮落帶）的基本性質(zhì)，給出了各區(qū)碎脹系數(shù)的求解方法;給出了采空區(qū)多孔介質(zhì)模型及其主要參數(shù)的計(jì)算方法，同時(shí)分析了采空區(qū)內(nèi)氣體升浮、擴(kuò)散和聚集基本特征及其產(chǎn)生的相關(guān)原因;分析了頂板高抽巷抽采瓦斯的基本機(jī)理及布

3、置高抽巷的基本層位選擇，并建立了連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程和控制微分方程等基本方程，為數(shù)值模擬提供了理論和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
　　本文結(jié)合張集礦1111工作面實(shí)際數(shù)據(jù)建立起采空區(qū)基本物理模型，設(shè)定好相關(guān)參數(shù)和邊界條件，運(yùn)用Fluent模擬軟件作出如下工作:
　　(1)在風(fēng)速為2m/s時(shí)，模擬出總體瓦斯分布狀況，并分別截取垂直方向上0m（工作面底板），4m（工作面頂板），16m（處于冒落帶內(nèi)），30m（處于裂隙帶內(nèi)），水平

4、方向上20m，60m，120m，200m，250m，傾斜方向上距離回風(fēng)巷道4m，30m，90m，130m，170m，通過觀察發(fā)現(xiàn)垂直方向上從工作面底板到裂隙帶上部，瓦斯?jié)舛融呌谥饾u增大，水平方向上，從距離工作面近處到遠(yuǎn)處，瓦斯分布由小變大后趨于穩(wěn)定，傾斜方向上，從進(jìn)風(fēng)巷到回風(fēng)巷，瓦斯?jié)舛戎饾u增大。同時(shí)，觀察到上隅角瓦斯超限嚴(yán)重，達(dá)到12.1％，不利于安全工作的進(jìn)行。通過加大進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速到3.5m/s后，瓦斯分布基本規(guī)律一致，主要觀察工作面

5、上隅角瓦斯含量，也是嚴(yán)重超標(biāo)。這說明僅僅通過加大風(fēng)量并不能有效地治理瓦斯超限問題。
　　(2)在固定傾斜方向上距離回風(fēng)巷22m時(shí)，選取垂直高度為26m，34m，42m，50m，58m，應(yīng)用Fluent軟件對采空區(qū)瓦斯進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯分布基本規(guī)律整體上基本一致，自然堆積區(qū)和載荷影響區(qū)瓦斯?jié)舛鹊玫揭欢ㄏ♂專贿^對壓實(shí)穩(wěn)定區(qū)影響不大，然而在工作面上隅角及高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛炔町愝^大，選出高抽巷垂高為34m時(shí)，上隅角瓦斯?jié)舛茸畹?，同時(shí)

6、高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛茸罡?。?dāng)確定出垂直高度34m后，選取傾斜方向山距離回風(fēng)巷22m，30m，38m，46m，54m這幾個(gè)點(diǎn)模擬，得出30m為最合適距離，此時(shí)上隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.7％，同時(shí)高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛葹樽罡叩?0％，比較合理。
　　通過與張集礦實(shí)際數(shù)據(jù)比較，該工作面高抽巷實(shí)際布置在垂直高度距離工作面底板32m，傾斜方向距離回風(fēng)巷27m，與模擬在數(shù)據(jù)上存在一定的偏差。然而實(shí)際平均月抽采瓦斯?jié)舛葹?8.5％，上隅角瓦斯平均濃度約為0.