综采面U+L型通风方式Fluent采空区瓦斯分布规律研究

2018-05-23常彦飞

采矿技术 2018年2期

常彦飞

(潞安矿业集团公司安全监察局，山西长治市 046204)

煤炭在我国一次性能源结构中占有重要地位，对经济发展具有重要作用。随着煤炭产量的提升，煤炭企业不得不向深部延展，深部开采面临三高的危害，瓦斯浓度增高，而涌出通道逐渐降低，通常情况下，采空区和工作面之间并不是绝对密闭的，工作面进风巷风流可以通过缝隙漏入采空区，而采空区的瓦斯在漏风风流的作用下可以进入回风巷汇聚到工作面上隅角，引起工作面上隅角瓦斯积聚。工作面上隅角瓦斯积聚引起的瓦斯爆炸事故以及采空区遗煤瓦斯自燃事故在煤矿事故中占有相当大的比例，因此，其防治工作不容忽视[1-7]。

1 工程概况

常庄煤业公司3304工作面主采3号煤层。煤层平均厚度5.2 m，煤层走向长度1206.67 m，煤层倾斜长度330.6 m，煤层为近水平煤层，采用U+L通风方式。工作面回采初期，主进风巷总进风大约为3250 m3/min，辅助进风巷进风大约为1125 m3/min。通风系统如图1所示。

图1 工作面通风系统

2 瓦斯分布规律分析

2.1 模型建立

根据工作面实际情况，建立常庄煤业公司3304工作面U+L型通风方式下当工作面未进行瓦斯抽采时三维物理模型(见图2)。

图2 工作面通风系统

2.2 边界条件

边界条件进行了相关设置，工作面巷道风速为2.31 m/s，其中O2的含量为20.9%，CH4的含量为零，工作面巷道回风顺槽与尾巷是压力出口设置，压力值分别为-130 Pa和-170 Pa，煤壁和落煤瓦斯涌出速度为10.9 m3/min，采空区瓦斯涌出速度为 15.8 m3/min。

2.3 结果分析

2.3.1 沿走向方向的瓦斯浓度分布规律

对于不同的距离区间进行模拟按照最小值为5 m，依次递增的方式进行增加，最大值设置为30 m，模拟的瓦斯浓度动态分布如图3所示。

由图3不同距离区间下数值模拟分析结果可知，瓦斯浓度在走向方向上和倾向方向上总体呈增大的趋势，具体如表1所示。在截面方向上，随着采空区与底板距离的不断增大，瓦斯浓度呈现增长的趋势，且在同等距离下，距离工作面越近，瓦斯的含量越低，反之越高，同时，距离工作面的距离越大，瓦斯浓度增加的幅度越大，当采空区与底板的距离为20 m时，距离工作面200 m的瓦斯含量达到32.4%[2,5-7]。

图3 U+L 型通风方式下不同距离区间采空区瓦斯浓度分布

2.3.2 沿竖直方向上的瓦斯浓度分布规律

对于不同的距离区间进行模拟，按照最小值为5 m，依次递增的方式进行，最大值设置为150 m，模拟的瓦斯浓度动态分布如图 4所示。

由图4不同距离区间下数值模拟分析结果可知：

图4U+L型通风方式下采空区垂直方向上不同距离区间采空区瓦斯浓度分布

常庄煤业公司3304工作面巷道在未进行瓦斯抽采的条件下，在竖直方向上呈现分层现象，其分布与高度呈正比。综合分析其原因，工作面产生瓦斯时，由于在标准情况下瓦斯对空气的相对密度是0.554，瓦斯密度必然小于空气密度，因此，大部分瓦斯会聚集在顶部，顶部瓦斯浓度大。

常庄煤业公司3304工作面巷道在未进行瓦斯抽采的条件下，随着与工作面进风顺槽距离的不断增大，其瓦斯浓度随着与工作面距离的不断变大而变大，同时发现，在瓦斯浓度相同的情况下，距离进风顺槽的距离越大，相同瓦斯浓度距离工作面的距离越小，而当瓦斯浓度达到90%时，其均在截面距离50 m处。经综合分析，当浓度达到一定时，说明大量瓦斯涌向这里，导致积聚增加，大量的瓦斯存在，必然占据大量面积，瓦斯下移，因此，当瓦斯浓度

为90%时，其在相同的距离界面上。

2.3.3 尾巷与上隅角瓦斯浓度分布特征

采用Fluent数值模拟软件，模拟常庄煤业公司3304工作面U+L型通风方式下工作面未进行瓦斯抽采时的工作面上隅角以及工作面尾巷瓦斯浓度分别为0.31%和1.9%。小于《煤矿安全规程》上的规定值[1,4-7]，符合安全规程，解决了瓦斯超限的问题，满足安全生产条件。