新集一礦防治采空區(qū)漏風(fēng)流場研究

段三壯 馮康偉

摘 要：本文對新集一礦的采空區(qū)群影響煤礦安全生產(chǎn)問題提出研究分析，主要基于“O”型冒落壓實和Bachmat非線性滲流模型對采空區(qū)進(jìn)行相關(guān)分析，模擬不同粒徑下采空區(qū)內(nèi)氣體流動規(guī)律及特點。本文結(jié)合新集一礦某工作面實際測量數(shù)據(jù)，通過專業(yè)的模擬技能模擬采空區(qū)氣體流場并建立相關(guān)專業(yè)科學(xué)的模型。本模擬主要建立在專業(yè)的流體力學(xué)計算軟件fluent基礎(chǔ)上，結(jié)合礦上的相關(guān)實際情況，進(jìn)行科學(xué)研究。并根據(jù)研究結(jié)果，提出相關(guān)于采空區(qū)氣體流場對采煤工作的指導(dǎo)，決定采用噴漿和注漿堵漏的可行性采空區(qū)瓦斯防治及防滅火技術(shù)措施，指導(dǎo)礦井采空區(qū)危險防治工作的開展。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)防滅火;氣體流場模型;注漿堵漏

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

0 引言

研究采空區(qū)內(nèi)氣體流場對煤礦安全生產(chǎn)具有重要的意義。隨著采煤工作的推進(jìn)，采空區(qū)頂板垮落，形成不同粒徑的碎石填充采空區(qū)。碎石的粒徑影響著采空區(qū)的填充密實程度，對于粒徑較大的，其漏風(fēng)相對容易。采空區(qū)內(nèi)有浮煤和瓦斯，其內(nèi)的氣體流場，漏風(fēng)量的大小及氣體流動范圍，都對采空區(qū)的瓦斯防治和防滅火工作產(chǎn)生重要影響。本文通過結(jié)合新集一礦某工作面，建立相關(guān)模型，研究采空區(qū)氣體流場特點。

1 新集一礦工作面采空區(qū)流場數(shù)學(xué)及物理模型

本次模型的建立是以新集礦某工作面為參考?，F(xiàn)場情況如下：工作面長190m，采高2.7m。為治理工作面上隅角瓦斯，在工作面設(shè)置管路，經(jīng)測得其抽采量為15.03m3/min。為確定模擬中的邊界條件，本文將其按照進(jìn)風(fēng)順槽實際所測的進(jìn)風(fēng)量定值，大小為1341m3/min。將工作面上隅角的抽采風(fēng)量定為15.0m3/min，其設(shè)置為采空區(qū)靠近上隅角5m范圍內(nèi)的源項。確定鄰近采空區(qū)群的漏風(fēng)源項，本文選擇采用運用示蹤技術(shù)所測從鄰近層采空區(qū)群漏入工作面采空區(qū)的風(fēng)量為其值，大小為35.0m3/min。本工作面采用U型通風(fēng)。結(jié)合相關(guān)技術(shù)要求及以上實際情況，建立采場立體物理模型示意圖如圖1所示，模型參數(shù)如表1所示[1]。

物理模型十分貼近實際工作面生產(chǎn)情況，為研究不同粒徑下的采空區(qū)滲透率，本次模擬采用了通過改變采空區(qū)平均粒徑來觀察采空區(qū)相關(guān)的氣體流場情況。

2 采空區(qū)流場數(shù)值模擬結(jié)果

結(jié)合采空區(qū)的填實情況，本模擬采空區(qū)填充物的平均粒徑分別設(shè)定為0.1m，0.3m，0.5m，0.7m，待模擬完成后比較實際測定與模擬得到的工作面風(fēng)量分布，以此確定采空區(qū)實際平均粒徑的取值。根據(jù)以上模擬方案，利用fluent進(jìn)行流場模擬，得到了不同平均粒徑下的采空區(qū)在z=1.5m剖面流場圖，如圖2所示。

通過上圖可以看出，在不同粒徑下采空區(qū)z=1.5處的氣體流場有很大的不同，隨著粒徑越小，采空區(qū)的滲透率也明顯變小。采空區(qū)滲透率小，其漏風(fēng)量也就越少。對比平均粒徑為0.1m和0.7m的氣體流場圖可以看出，平均粒徑越小采空區(qū)越密實，其氣體滲透越困難[2]。結(jié)合礦區(qū)是實際生產(chǎn)經(jīng)驗及測得的相關(guān)數(shù)據(jù)，本次模擬的結(jié)果符合生產(chǎn)規(guī)律，符合實際情況。

3 結(jié)論

在煤礦安全生產(chǎn)過程中，應(yīng)結(jié)合采空區(qū)垮落的碎石的粒徑來綜合治理采空區(qū)的瓦斯及防火。在采空區(qū)碎石粒徑較大時，采空區(qū)滲透率較大，此時應(yīng)對漏風(fēng)源應(yīng)采取噴漿和注漿堵漏等措施。建議在工作面上、下隅角采用不燃密實小粒徑材料參雜碎煤封堵向采空區(qū)漏風(fēng)，這樣減少采空區(qū)內(nèi)煤自燃的物質(zhì)基礎(chǔ)和漏風(fēng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣曙光，王省身.綜放采場流場及瓦斯運移三維模型試驗[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，1995，24（04）：85-91.

[2]李宗翔，海國治，秦書玉.采空區(qū)風(fēng)流移動規(guī)律的數(shù)值模擬與可視化顯示[J].煤炭學(xué)報，2001，26（01）：76-79.

作者簡介：段三壯（1988-），男，安徽宿州人，碩士研究生，研究方向：礦井瓦斯防治。