新集一矿防治采空区漏风流场研究

段三壮 冯康伟

摘 要：本文对新集一礦的采空区群影响煤矿安全生产问题提出研究分析，主要基于“O”型冒落压实和Bachmat非线性渗流模型对采空区进行相关分析，模拟不同粒径下采空区内气体流动规律及特点。本文结合新集一矿某工作面实际测量数据，通过专业的模拟技能模拟采空区气体流场并建立相关专业科学的模型。本模拟主要建立在专业的流体力学计算软件fluent基础上，结合矿上的相关实际情况，进行科学研究。并根据研究结果，提出相关于采空区气体流场对采煤工作的指导，决定采用喷浆和注浆堵漏的可行性采空区瓦斯防治及防灭火技术措施，指导矿井采空区危险防治工作的开展。

关键词：采空区防灭火;气体流场模型;注浆堵漏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.050

0 引言

研究采空区内气体流场对煤矿安全生产具有重要的意义。随着采煤工作的推进，采空区顶板垮落，形成不同粒径的碎石填充采空区。碎石的粒径影响着采空区的填充密实程度，对于粒径较大的，其漏风相对容易。采空区内有浮煤和瓦斯，其内的气体流场，漏风量的大小及气体流动范围，都对采空区的瓦斯防治和防灭火工作产生重要影响。本文通过结合新集一矿某工作面，建立相关模型，研究采空区气体流场特点。

1 新集一矿工作面采空区流场数学及物理模型

本次模型的建立是以新集矿某工作面为参考。现场情况如下：工作面长190m，采高2.7m。为治理工作面上隅角瓦斯，在工作面设置管路，经测得其抽采量为15.03m3/min。为确定模拟中的边界条件，本文将其按照进风顺槽实际所测的进风量定值，大小为1341m3/min。将工作面上隅角的抽采风量定为15.0m3/min，其设置为采空区靠近上隅角5m范围内的源项。确定邻近采空区群的漏风源项，本文选择采用运用示踪技术所测从邻近层采空区群漏入工作面采空区的风量为其值，大小为35.0m3/min。本工作面采用U型通风。结合相关技术要求及以上实际情况，建立采场立体物理模型示意图如图1所示，模型参数如表1所示[1]。

物理模型十分贴近实际工作面生产情况，为研究不同粒径下的采空区渗透率，本次模拟采用了通过改变采空区平均粒径来观察采空区相关的气体流场情况。

2 采空区流场数值模拟结果

结合采空区的填实情况，本模拟采空区填充物的平均粒径分别设定为0.1m，0.3m，0.5m，0.7m，待模拟完成后比较实际测定与模拟得到的工作面风量分布，以此确定采空区实际平均粒径的取值。根据以上模拟方案，利用fluent进行流场模拟，得到了不同平均粒径下的采空区在z=1.5m剖面流场图，如图2所示。

通过上图可以看出，在不同粒径下采空区z=1.5处的气体流场有很大的不同，随着粒径越小，采空区的渗透率也明显变小。采空区渗透率小，其漏风量也就越少。对比平均粒径为0.1m和0.7m的气体流场图可以看出，平均粒径越小采空区越密实，其气体渗透越困难[2]。结合矿区是实际生产经验及测得的相关数据，本次模拟的结果符合生产规律，符合实际情况。

3 结论

在煤矿安全生产过程中，应结合采空区垮落的碎石的粒径来综合治理采空区的瓦斯及防火。在采空区碎石粒径较大时，采空区渗透率较大，此时应对漏风源应采取喷浆和注浆堵漏等措施。建议在工作面上、下隅角采用不燃密实小粒径材料参杂碎煤封堵向采空区漏风，这样减少采空区内煤自燃的物质基础和漏风。

参考文献：

[1]蒋曙光，王省身.综放采场流场及瓦斯运移三维模型试验[J].中国矿业大学学报，1995，24（04）：85-91.

[2]李宗翔，海国治，秦书玉.采空区风流移动规律的数值模拟与可视化显示[J].煤炭学报，2001，26（01）：76-79.

作者简介：段三壮（1988-），男，安徽宿州人，硕士研究生，研究方向：矿井瓦斯防治。