大傾角堅(jiān)硬頂板綜放面采空區(qū)漏風(fēng)數(shù)值模擬*

謝振華

(中國(guó)勞動(dòng)關(guān)系學(xué)院 安全工程系，北京 100048)

0 引言

綜采放頂煤工藝由于具有開采強(qiáng)度大、效率高、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于煤礦開采中，但綜放面采空區(qū)冒落高度大、遺留的浮煤較多而且分布不均勻，導(dǎo)致采空區(qū)自燃危險(xiǎn)性增加[1-2]。尤其在大傾角堅(jiān)硬頂板綜放面采空區(qū)，煤炭自燃的危險(xiǎn)性更大。其主要原因是：綜放開采的技術(shù)難度大，容易造成工作面推進(jìn)速度緩慢或停采，使采空區(qū)浮煤氧化時(shí)間過長(zhǎng)；煤層頂板堅(jiān)硬，煤柱易受壓破碎，采空區(qū)冒落充填不密實(shí)，使漏風(fēng)量增大。

漏風(fēng)是采空區(qū)遺煤自燃的重要原因[3]。測(cè)定漏風(fēng)的目的在于找到漏風(fēng)通道和掌握漏風(fēng)規(guī)律，一般采用示蹤技術(shù)檢測(cè)漏風(fēng)通道和漏風(fēng)量[4-6]。徐庶澤、王法凱[7]采用連續(xù)釋放SF6示蹤氣體對(duì)新集二礦1上煤采空區(qū)漏風(fēng)進(jìn)行檢測(cè)，確定了漏風(fēng)通道，為礦井自燃發(fā)火煤層防滅火工作提供了科學(xué)依據(jù)；張學(xué)博、靳曉敏[8]結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果制定了綜采工作面示蹤氣體SF6的測(cè)漏風(fēng)技術(shù)方案，并現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了“U+L”型綜采工作面采空區(qū)的漏風(fēng)風(fēng)流分布特征。為了更加全面了解采空區(qū)的漏風(fēng)情況，通常采用數(shù)值模擬方法獲得采空區(qū)漏風(fēng)流速、壓力的分布規(guī)律[9-10]。高建良等[11-12]運(yùn)用Fluent軟件，對(duì)J 型通風(fēng)和U型通風(fēng)工作面采空區(qū)的漏風(fēng)流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了沿工作面全程的漏風(fēng)分布。

本文針對(duì)龍東煤礦7162大傾角堅(jiān)硬頂板綜放面采空區(qū)的特點(diǎn)和實(shí)際情況，利用多次示蹤氣體釋放檢測(cè)采空區(qū)漏風(fēng)規(guī)律，運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬得到采空區(qū)具體漏風(fēng)風(fēng)壓與漏風(fēng)風(fēng)速分布，為采取防治自燃措施提供科學(xué)依據(jù)。

2 工作面概況

龍東煤礦7162工作面可采煤炭?jī)?chǔ)量為57.62萬t，工作面走向長(zhǎng)800 m，傾斜長(zhǎng)150 m，煤層厚度5.2～6.9 m，平均煤厚5.4 m，煤層傾角22°～31°，平均傾角25°。采用長(zhǎng)壁輕型綜采放頂煤開采，一次采全高全部垮落，回采率較低，采空區(qū)遺煤較多。7162工作面頂板巖性主要為細(xì)砂巖和中砂巖，屬于堅(jiān)硬性頂板，頂板初次跨落步距為50 m，呈明顯的周期來壓，跨落步距為30 m左右，使采空區(qū)壓實(shí)時(shí)間延長(zhǎng)，存在大量的空間孔隙增多，漏風(fēng)嚴(yán)重。

7162煤層為自然發(fā)火煤層，具有爆炸危險(xiǎn)性，瓦斯等級(jí)為低瓦斯。該工作面地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，巷道掘進(jìn)中揭露13條斷層。其中F114，F(xiàn)108，F(xiàn)1，F(xiàn)2和F156斷層均穿過7162工作面與鄰近7160采空區(qū)的保護(hù)煤柱。隨著工作面推進(jìn)以及后續(xù)的拆架過程，該保護(hù)煤柱將承受巨大礦壓作用，5條斷層的存在將對(duì)保護(hù)煤柱完整性有較大影響。斷層處頂煤難以放凈，造成大量煤炭滯留在采空區(qū)。由于受F108斷層影響，工作面下半部在F108斷層處跳面，有2 m的落差。在此處留有45 m的煤柱，煤柱的四周被壓酥后形成浮煤堆積，為煤炭自燃創(chuàng)造了條件。因此，7162工作面采空區(qū)自然發(fā)火的危險(xiǎn)性很大。

3 采空區(qū)漏風(fēng)檢測(cè)

漏風(fēng)檢測(cè)一般采用示蹤技術(shù)檢測(cè)漏風(fēng)通道和漏風(fēng)量，為防火措施的制定提供科學(xué)依據(jù)，尤其適用于井下采空區(qū)、煤柱內(nèi)、密封區(qū)等人員無法到達(dá)地點(diǎn)。7162采空區(qū)存在2種類型的漏風(fēng)，即7162工作面通風(fēng)風(fēng)流對(duì)自身采空區(qū)的漏風(fēng)和鄰近7160采空區(qū)通過保護(hù)煤柱對(duì)7162采空區(qū)的漏風(fēng)。

漏風(fēng)檢測(cè)根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度分為2個(gè)階段進(jìn)行。第1階段采用瞬時(shí)釋放法測(cè)定工作面漏風(fēng)，共進(jìn)行4次，分別在回采100，150，200和250 m時(shí)進(jìn)行，測(cè)定由于頂板冒落充填不實(shí)導(dǎo)致的回采面向采空區(qū)內(nèi)部的漏風(fēng)風(fēng)速。第2階段采用連續(xù)釋放法測(cè)定鄰近采空區(qū)漏風(fēng)，也進(jìn)行4次漏風(fēng)測(cè)定，分別在回采300，450，560和680 m時(shí)進(jìn)行，測(cè)定在回采中后期穿過斷層時(shí)鄰近7160采空區(qū)向工作面的漏風(fēng)。

3.1 漏風(fēng)檢測(cè)布置及方法

3.1.1 工作面漏風(fēng)檢測(cè)

第1階段漏風(fēng)檢測(cè)的測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，針對(duì)7162工作面后部采空區(qū)深度為0～80 m范圍內(nèi)的漏風(fēng)情況。釋放點(diǎn)設(shè)在采空區(qū)內(nèi)80 m處，在回采面40號(hào)架、回采面20號(hào)架、上隅角和鄰近7160采空區(qū)回風(fēng)巷密閉墻4處設(shè)置采樣點(diǎn)采集氣樣。示蹤氣體的擴(kuò)散為以漏風(fēng)點(diǎn)為中心向四周逐漸減小的曲面圓錐體[13]，分析采集點(diǎn)示蹤氣體濃度變化，能基本掌握采空區(qū)深度為0～80 m范圍內(nèi)的漏風(fēng)情況。

圖1 工作面漏風(fēng)檢測(cè)示意Fig.1 Schematic diagram of air leakage detection in working face

第1階段漏風(fēng)檢測(cè)的目的是測(cè)定回采面向采空區(qū)內(nèi)部的漏風(fēng)通道和漏風(fēng)風(fēng)速。最小漏風(fēng)風(fēng)速vmin可以用式(1)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中:Lmin為釋放點(diǎn)到采樣點(diǎn)的最短漏風(fēng)距離, m；t為氣體釋放到采樣的時(shí)間, s。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)和多次檢測(cè)分析，確定了SF6最佳的釋放量和取樣時(shí)間。檢測(cè)的具體實(shí)施方法是：通過預(yù)留在7162采空區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)80 m注漿管向采空區(qū)瞬時(shí)釋放SF6氣體，釋放量為450 L，距釋放示蹤氣體500 min后每隔40 min分別在7162回采面40號(hào)架、回采面20號(hào)架、上隅角3處采樣點(diǎn)采集氣樣，采集7組共21個(gè)氣樣。第4個(gè)采樣點(diǎn)可以進(jìn)一步明確7162工作面和7160采空區(qū)之間的漏風(fēng)情況。檢測(cè)時(shí)取3組氣樣，取樣時(shí)間分別為24，48 和72 h。

3.1.2 鄰近采空區(qū)漏風(fēng)檢測(cè)

第2階段漏風(fēng)檢測(cè)的測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示，測(cè)定回風(fēng)巷一側(cè)的漏風(fēng)情況。隨著回采工作的進(jìn)行，此時(shí)回采面經(jīng)過了由F108斷層影響而產(chǎn)生的1個(gè)落差為2 m的跳面，該斷層穿過7162工作面和鄰近7160采空區(qū)，兩者之間的保護(hù)煤柱在礦壓作用下易被壓裂，形成漏風(fēng)通道。在靠近進(jìn)風(fēng)巷一側(cè)有45 m×15 m的1個(gè)煤柱無法回采，影響煤柱附近巷道的壓實(shí)情況，導(dǎo)致漏風(fēng)比較大。釋放點(diǎn)設(shè)在距進(jìn)風(fēng)巷10 m的工作面內(nèi)，設(shè)置4處采樣點(diǎn)，分析1號(hào)采樣點(diǎn)氣樣中示蹤氣體濃度可以得到檢測(cè)時(shí)工作面上的總通風(fēng)風(fēng)量，分析2～4號(hào)采樣點(diǎn)氣樣中示蹤氣體濃度可以分段得到鄰近7160采空區(qū)向7162工作面漏風(fēng)的漏風(fēng)量。

圖2 鄰近采空區(qū)漏風(fēng)檢測(cè)示意Fig.2 Schematic diagram of air leakage detection in adjacent goaf

采樣時(shí)示蹤氣體已與風(fēng)流充分混合，設(shè)某一采集點(diǎn)i的風(fēng)量為Qi，沿流動(dòng)方向的下一采集點(diǎn)j的風(fēng)量為Qj，則2點(diǎn)之間的漏風(fēng)量ΔQ為：

(2)

式中:q為示蹤氣體的釋放流量, L/min；Ci,Cj分別為采集點(diǎn)i和采集點(diǎn)j的SF6濃度, L/m3。

漏風(fēng)檢測(cè)具體實(shí)施方法是：當(dāng)日風(fēng)量約為570 m3/ min，計(jì)算得到SF6釋放量為15 mL/min。SF6氣體穩(wěn)定釋放30 min后，開始采集氣樣，采樣時(shí)4個(gè)采樣點(diǎn)同時(shí)采集，每個(gè)采樣點(diǎn)分別取樣5次，間隔時(shí)間為5 min。

3.2 檢測(cè)結(jié)果分析

井下采集到的氣樣及時(shí)送到實(shí)驗(yàn)室，通過氣相色譜儀分析可以得到各采樣點(diǎn)在采集時(shí)刻的示蹤氣體濃度。

3.2.1 工作面漏風(fēng)檢測(cè)結(jié)果分析

工作面漏風(fēng)檢測(cè)的第2次檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。

圖3 第2次工作面漏風(fēng)檢測(cè)示蹤氣體濃度變化Fig.3 Change of tracer gas concentration in second air leakage detection in working face

分析圖3可以得出以下結(jié)論：

1)3處采樣點(diǎn)均有氣樣檢測(cè)到SF6示蹤氣體的存在，說明即使在80 m的采空區(qū)深處仍然存在漏風(fēng)通道，但隨著采空區(qū)深處的增加，采空區(qū)壓實(shí)程度逐漸加大，漏風(fēng)強(qiáng)度也逐漸減弱。漏風(fēng)方向?yàn)轱L(fēng)流由下隅角進(jìn)入采空區(qū)，從靠近回風(fēng)巷一側(cè)的工作面處涌出。

2)檢測(cè)到示蹤氣體存在的10個(gè)氣樣中，同一時(shí)間采集的氣樣均表現(xiàn)為上隅角處的SF6濃度高于回采面20號(hào)架處SF6濃度，回采面20號(hào)架處SF6濃度高于回采面40號(hào)架處的SF6濃度。證實(shí)采空區(qū)內(nèi)的漏風(fēng)出口主要是上隅角處后部的未壓實(shí)巷道，而回采面中下部由于壓實(shí)作用很難有漏風(fēng)通過，越靠近采空區(qū)中軸線發(fā)生漏風(fēng)的幾率越小。

3)示蹤氣體在各采樣點(diǎn)首次出現(xiàn)的時(shí)間存在時(shí)間間隔，時(shí)間差大約為80 min。各采樣點(diǎn)SF6濃度隨時(shí)間的變化曲線都近似為正態(tài)分布曲線，通過曲線擬合，得到濃度峰值到達(dá)上隅角、20號(hào)架、40號(hào)架處的時(shí)間分別為637，672和700 min，時(shí)間差也大約為40 min。說明從上隅角氣體釋放點(diǎn)到各采樣點(diǎn)之間存在的漏風(fēng)風(fēng)壓越靠近回風(fēng)巷該風(fēng)壓越大。

4)從示蹤氣體釋放到第1次檢測(cè)到示蹤氣體的時(shí)間為540 min，而釋放點(diǎn)距采樣點(diǎn)的最短距離為168 m，最小漏風(fēng)風(fēng)速為：vmin=168/540=0.005 2 m/s，漏風(fēng)風(fēng)速也較第1次工作面漏風(fēng)檢測(cè)所得風(fēng)速下降近50%，隨工作面的推進(jìn)漏風(fēng)減少。

3.2.2 鄰近采空區(qū)漏風(fēng)檢測(cè)結(jié)果分析

鄰近采空區(qū)漏風(fēng)檢測(cè)的第2次檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。

圖4 第2次鄰近采空區(qū)漏風(fēng)檢測(cè)示蹤氣體濃度變化Fig.4 Change of tracer gas concentration in second air leakage detection in adjacent goaf

分析圖4可以得出以下結(jié)論：

1)同一時(shí)間4個(gè)采樣點(diǎn)采集氣樣中的SF6濃度值依次下降，其中1號(hào)采樣點(diǎn)SF6濃度最高，4號(hào)采樣點(diǎn)SF6濃度最低。采樣點(diǎn)1～2號(hào)之間SF6濃度的大幅變化是由于此處存在的工作面漏風(fēng)和鄰近采空區(qū)漏風(fēng)的疊加效應(yīng)引起的?；仫L(fēng)巷保護(hù)煤柱由于受到采動(dòng)影響，在礦壓作用下，出現(xiàn)漏風(fēng)通道，有風(fēng)流從鄰近7160采空區(qū)透過保護(hù)煤柱進(jìn)入7162工作面，使采樣點(diǎn)1～4號(hào)之間的SF6濃度逐步降低。

2)經(jīng)過計(jì)算得到各測(cè)段漏風(fēng)量如表1所示。

表1 第2次鄰近采空區(qū)漏風(fēng)檢測(cè)漏風(fēng)量Table 1 Air leakage amount of second air leakage detection in adjacent goaf

從表1可以看出，1～2號(hào)采集點(diǎn)之間測(cè)出的漏風(fēng)風(fēng)量可以認(rèn)為是7162采空區(qū)的總漏風(fēng)量，由于7162工作面礦壓較大，煤層易破碎，使得7162采空區(qū)孔隙率較大，漏風(fēng)嚴(yán)重，漏風(fēng)量占到正?？偣╋L(fēng)量的27%。

由于保留煤柱的存在，在測(cè)試的100 m范圍內(nèi)僅有17.6～19.8 m3/min的風(fēng)量從鄰近7160采空區(qū)進(jìn)入7162工作面，較第1次鄰近采空區(qū)漏風(fēng)檢測(cè)時(shí)，該漏風(fēng)量?jī)H占距回采面相同距離測(cè)定出的漏風(fēng)量的50%。

3)根據(jù)各檢測(cè)段保護(hù)煤柱的煤壁面積可以得到各測(cè)段的漏風(fēng)風(fēng)速，2～3號(hào)采集點(diǎn)之間的保護(hù)煤柱煤壁面積約為150 m2，此段平均漏風(fēng)風(fēng)速v=11.7/150=0.078 m/min；3～4號(hào)采集點(diǎn)之間的保護(hù)煤柱煤壁面積約為150 m2，此段平均漏風(fēng)風(fēng)速v=6.8/150=0.045 m/min。

4 數(shù)值模擬的模型建立

為了全面了解采空區(qū)的漏風(fēng)流場(chǎng)分布情況，采用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。

4.1 數(shù)學(xué)模型

采空區(qū)通常被視為由破碎煤體和巖石組成的多孔介質(zhì)區(qū)域，在對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)可使用多孔介質(zhì)滲流模型[14]。假設(shè)采空區(qū)氣體為不可壓縮氣體，其流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)且為等溫過程，將采空區(qū)的多孔介質(zhì)視為各向同性。由于漏風(fēng)風(fēng)流相對(duì)較小，近似認(rèn)為采空區(qū)的氣流為層流分布，風(fēng)流流動(dòng)規(guī)律服從達(dá)西定律[15]。通常7162采空區(qū)存在平均為27°的傾角，并在開采過程中將出現(xiàn)1個(gè)2 m落差的跳面，因此對(duì)采空區(qū)流場(chǎng)進(jìn)行三維流場(chǎng)模擬。

質(zhì)量守恒方程為：

(3)

動(dòng)量(Navier-Stokes)方程為：

(4)

(5)

(6)

式中:u，v，w分別為速度矢量在x，y，z方向的分量，m/s；ρ為采空區(qū)氣流密度，kg/m3；μ為流體的動(dòng)力黏度，Pa·s；n為多孔介質(zhì)孔隙率；K為多孔介質(zhì)的滲透率。

流體在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)遵循達(dá)西定律，工作面風(fēng)流為湍流，滿足動(dòng)量方程和標(biāo)準(zhǔn)k-ε方程。

4.2 物理模型

根據(jù)7162工作面漏風(fēng)檢測(cè)對(duì)7162采空區(qū)回采階段的漏風(fēng)風(fēng)流場(chǎng)進(jìn)行8次數(shù)值模擬。其中，第6次數(shù)值模擬對(duì)應(yīng)第2次鄰近采空區(qū)漏風(fēng)檢測(cè)時(shí)的采空區(qū)風(fēng)流場(chǎng)。此時(shí)回采面經(jīng)過了由F108斷層影響而產(chǎn)生的1個(gè)落差2 m的跳面，在靠近進(jìn)風(fēng)巷一側(cè)造成1個(gè)45 m×15 m的煤柱無法回采，由于煤柱的存在將影響煤柱附近巷道的壓實(shí)情況。

7162采空區(qū)的物理模型為三維穩(wěn)定滲流模型。采空區(qū)走向長(zhǎng)200 m，寬150 m，高6 m，傾角27°；在采空區(qū)進(jìn)風(fēng)巷一側(cè)，距工作面20 m處，存在1個(gè)45 m×15 m煤柱；工作面長(zhǎng)度150 m，寬度 10 m，高3 m，傾角27°；進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷都為長(zhǎng)20 m、寬5 m，建立兩源一匯的三維模型，并對(duì)其利用GAMBIT軟件進(jìn)行網(wǎng)格化。坐標(biāo)原點(diǎn)為采空區(qū)底面左下角，進(jìn)風(fēng)側(cè)方向?yàn)閅軸正方向，工作面方向?yàn)閄軸正方向，垂直XY平面向外方向?yàn)閆軸正方向，網(wǎng)格大小取為 0.5 m×0.5 m×0.5 m。

4.3 邊界條件

入口邊界：2條進(jìn)風(fēng)巷設(shè)置為速度入口，平均風(fēng)速為 1.1 m/s，均勻風(fēng)流垂直于進(jìn)風(fēng)巷入口進(jìn)入。設(shè)出口邊為自由出流。

壁面邊界：所有壁面為無滑移邊界條件，即u=v=w=0，壁面以絕熱對(duì)待。

工作面與采空區(qū)的邊界：設(shè)置為內(nèi)部邊界。

漏風(fēng)源入口邊界：根據(jù)7162工作面漏風(fēng)檢測(cè)分析結(jié)果設(shè)置速度入口。

根據(jù)數(shù)學(xué)模型可知，需要確定采空區(qū)的滲透率K，其值可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算2種方法獲得，本文采用Blake-Kozeny 公式進(jìn)行計(jì)算：

(7)

式中:Dm為多孔介質(zhì)平均粒徑，由實(shí)測(cè)確定為0.12 m；n為多孔介質(zhì)孔隙率。采用Udec軟件對(duì)大傾角堅(jiān)硬頂板綜放面頂板冒落進(jìn)行數(shù)值模擬[11]，可以得到采空區(qū)內(nèi)部孔隙率n的分布規(guī)律。

5 數(shù)值模擬結(jié)果分析

5.1 采空區(qū)風(fēng)壓分布

通常采空區(qū)頂板管理方法為全部垮落，工作面的風(fēng)流和鄰近采空區(qū)風(fēng)流在壓差的作用下會(huì)向采空區(qū)滲透形成漏風(fēng)流場(chǎng)，因此采空區(qū)壓力分布決定著采空區(qū)內(nèi)的風(fēng)流情況。

以距底板高度為1.5 m平行于底板的截面分析，因巷道高度為3 m，在此截面上風(fēng)流受到的巷道阻力最小，采空區(qū)風(fēng)壓的平面分布如圖5所示。

圖5 距底板高度為1.5 m處采空區(qū)風(fēng)壓分布Fig.5 Distribution of air pressure in goaf with 1.5 m height from floor

從圖5可以看出，在采空區(qū)內(nèi)進(jìn)風(fēng)口處的壓力最大，沿采空區(qū)深度方向風(fēng)壓呈現(xiàn)逐步減小趨勢(shì)，在距工作面120 m左右時(shí)，風(fēng)壓幾乎不再變化；沿傾向方向風(fēng)壓分布大體上從入口向工作面中部遞減，再?gòu)墓ぷ髅嬷胁肯虺隹谔庍f增，對(duì)稱軸靠近出口，約在入口到出口2/3位置處。同時(shí)，在靠近工作面?zhèn)炔煽諈^(qū)內(nèi)兩端壓力梯度最大，在Y軸方向等壓線分布較X軸方向分布較密，即風(fēng)壓沿Y軸的變化趨勢(shì)較沿X軸方向變化較大。由于保留煤柱的存在，使得風(fēng)壓線在煤柱位置存在不連續(xù)現(xiàn)象。

數(shù)值模擬得到的工作面壓力分布與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)定的風(fēng)阻基本一致，證明數(shù)值模擬結(jié)果可信。

5.2 采空區(qū)風(fēng)速分布

以距底板高度為1.5 m平行于底板的截面分析，采空區(qū)風(fēng)速分布模擬結(jié)果如圖6所示。

圖6 距底板高度為1.5 m處采空區(qū)風(fēng)速分布Fig.6 Distribution of air speed in goaf with 1.5 m height from floor

由圖6可知，在進(jìn)風(fēng)口和回風(fēng)口附近速度變化最大，在工作面的中部速度變化最小。隨著向采空區(qū)內(nèi)深入，漏風(fēng)風(fēng)速變小，在離工作面的距離大于100 m(X=100 m)左右時(shí)，采空區(qū)內(nèi)幾乎不存在風(fēng)流流動(dòng)，即漏風(fēng)集中在距工作面100 m范圍內(nèi)。另外，回風(fēng)側(cè)漏風(fēng)比進(jìn)風(fēng)側(cè)漏風(fēng)嚴(yán)重，大約是3倍關(guān)系。

由于保留煤柱的存在，在保留煤柱與邊幫形成“走廊效應(yīng)”，延長(zhǎng)了采空區(qū)壓實(shí)時(shí)間。在該“走廊”位置風(fēng)速較沒有保留煤柱時(shí)要大，風(fēng)流更容易進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)部，而在保留煤柱的另一側(cè)由于煤柱的阻擋作用則形成1個(gè)無風(fēng)區(qū)。

通過對(duì)速度曲線積分可以求得X為100，150和190 m時(shí)線上的漏風(fēng)量分別為0.035 ， 0.073 和0.184 m3/s，即距工作面10 m的采空區(qū)漏風(fēng)量是距工作面100 m時(shí)的漏風(fēng)量的5倍。漏風(fēng)量的擬合曲線方程為：

Q=2.24×10-5X2-0.00484X+0.295

(8)

式中:Q為采空區(qū)漏風(fēng)量，m3/s；X為距采空區(qū)起始位置的距離，m。

根據(jù)采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)速分布和漏風(fēng)量，可針對(duì)性地采取有效的防煤自燃措施，保障安全開采。

6 結(jié)論

1)采空區(qū)的漏風(fēng)包括工作面通風(fēng)風(fēng)流對(duì)自身采空區(qū)的漏風(fēng)和鄰近采空區(qū)通過保護(hù)煤柱、斷層等對(duì)采空區(qū)的漏風(fēng)。

2)漏風(fēng)檢測(cè)可獲得采空區(qū)漏風(fēng)的基本分布規(guī)律，并為計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬提供相關(guān)數(shù)據(jù)。7162采空區(qū)工作面漏風(fēng)通道較明顯，最小漏風(fēng)風(fēng)速隨深度的增加而減少；鄰近采空區(qū)的漏風(fēng)與煤柱完整程度及斷層大小有關(guān)，最大漏風(fēng)量占到正?？偣╋L(fēng)量的27%。

3)利用Fluent軟件對(duì)采空區(qū)滲流場(chǎng)進(jìn)行模擬，得到了采空區(qū)風(fēng)壓和風(fēng)速分布規(guī)律，為采取防治自燃措施提供依據(jù)。采空區(qū)漏風(fēng)距離約為100 m，保留煤柱的存在延長(zhǎng)了采空區(qū)壓實(shí)時(shí)間，風(fēng)流更容易進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)部。