尾巷对采空区流场影响的数值模拟研究
2015-07-20崔亚凯郑再春河南永华能源有限公司河南洛阳471900
崔亚凯 郑再春(河南永华能源有限公司,河南 洛阳 471900)
尾巷对采空区流场影响的数值模拟研究
崔亚凯郑再春
(河南永华能源有限公司,河南 洛阳 471900)
为分析尾巷对采空区流场分布的影响,本文分别建立了无尾巷、有尾巷条件下的采空区物理模型,利用Fluent软件对两种情况下的采空区漏风、瓦斯分布规律进行了数值模拟。结果表明:尾巷的使用增大了工作面沿程向采空区的漏风范围,使得更多的风流涌入采空区;与无尾巷时的结果相比,尾巷可明显降低采空区及工作面上隅角瓦斯浓度,可使上隅角瓦斯由1.95%降低到0.49%,有效解决了上隅角瓦斯超限问题。
尾巷;数值模拟;采空区漏风;瓦斯分布
随着煤矿开采深度与集约化生产程度的迅速提高,传统的U型通风已不能生产的要求,往往易造成上隅角瓦斯超限,对工作面安全生产构成了极大的威胁[1,2,3]。在治理上隅角瓦斯超限方面主要有两种方式,即减小采空区漏风和增加漏风源汇。而增加漏风源汇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问题中效果明显,在高瓦斯矿井中得到了普遍的应用[4,5,6]。但是尾巷的应用往往会使采空区的风流流态及流场发生变化,在应用的过程中需要进行深入的研究。本文利用Fluent软件,对“U”型和“U+L”型通风方式下的采空区流场进行了数值模拟研究,对尾巷的设计工作提供了一定的依据。
表1 有、无尾巷条件下物理模型参数
1 物理模型及边界条件的设置
1.1 工作面概况
工作面切眼长度为188m,平均煤厚2.2m,采用“U+L”型通风方式,总进风约为2414m3/min,其中回风巷与联络川回风比为1.3∶1。采空区绝对瓦斯涌出量为33m3/min。
1.2 物理模型的建立
为对比分析尾巷抽采对采空区流场的影响,以该工作面为原型,分别建立无尾巷、有尾巷抽采条件下的工作面及采空区物理模型,物理模型设置参数见表1。
2 尾巷对采空区流场分布规律的影响
2.1 尾巷对采空区漏风的影响
通过数值模拟可以得到无尾巷、有尾巷条件下的采空区漏风分布规律,如图1所示。
由图1可以看出:
(1)尾巷使得工作面沿程漏入采空区风量的范围明显增大,增大了约为45m。
(2)尾巷的设置增大了工作面漏入采空区风流的风速,但却减小了采空区流向工作面风流的速度。
(3)对图1中曲线进行积分可知,无尾巷条件下工作面漏入采空区的风量约为250m3/min,有尾巷时工作面漏入采空区的风量为320m3/min,尾巷的作用使得漏入采空区的风量增大了28%。
3.2 尾巷对采空区瓦斯分布的影响
尾巷对工作面上隅角瓦斯分布的影响:通过数值模拟得到无尾巷、有尾巷条件下工作面上隅角瓦斯分布规律,如图2、图3所示。
由图2、图3可知:
(1)在有无尾巷时,沿工作面垂直高度方向上隅角瓦斯浓度均呈现逐渐增大的趋势。
(2)尾巷的设置使得上隅角瓦斯浓度明显降低。例无尾巷时工作面上隅角瓦斯最大浓度达到了1.95%;有尾巷时工作面上隅角瓦斯最大浓度为0.49%,低于规程值,从而保证了煤矿的安全生产。
图1有、无尾巷条件下沿工作面Y方向向采空区的漏风风速分布
图2无尾巷条件下工作面上隅角瓦斯分布
图3 有尾巷条件下工作面上隅角瓦斯分布
结论
通过对无尾巷、有尾巷条件下的采空区漏风、采空区瓦斯分布规律的研究,可以得到以下结论:
(1)尾巷的使用增大了工作面沿程向采空区的漏风范围,使得更多的风流进入采空区,增大了工作面向采空区的漏风量。
(2)尾巷的使用明显降低了采空区及工作面上隅角瓦斯浓度,使得上隅角瓦斯浓度由1.95%降低到0.49%,保证了工作面的安全生产,也验证了工作面使用尾巷治理上隅角瓦斯超限的可行性。
[1]徐钧,戚良锋.Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究[J].安徽理工大学学报(自然科学),2010,30(03):29-31.
[2]张浪,范喜生,蔡昌宣,刘震,刘斌.U型通风上隅角瓦斯浓度超限治理理论与模拟[J].煤炭科学技术,2013,41(08):129-132.
[3]王凯,蒋曙光,张卫清,邵昊,寇砾文.尾巷改变采空区瓦斯流场的数值模拟研究[J].采矿与安全工程学报,2012,29(01):124-130.
[4]杨明,高建良,冯普金.U型和Y型通风采空区瓦斯分布数值模拟[J].安全与环境学报,2012,12(05):227-230.
[5]邵昊,蒋曙光,王兰云,吴征艳,王凯.尾巷对采空区煤自燃影响的数值模拟研究[J].采矿与安全工程学报,2011,28 (01):45-50.
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