數值模擬在采空區防滅火安全中的應用

摘 要：利用FLUENT模擬得到穩態條件下天水金泉礦業公司40112綜放采空區水平剖面O2濃度分布規律。經過數值計算模擬結果表明：O2濃度在采空區進風一側距離工作面22 m、54 m、88 m、124 m處濃度值達到17.4%，16.3%，12%和5.43%， 回風一側也按照Fick定律降低，由模擬結果對采空區自燃危險區域進行了劃分，為防滅火提供了數據依據。

關鍵詞：危險區域劃分；數值模擬；采空區流場；自燃

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）3-0045-02

為了有效地解決現場采空區遺煤自燃的問題，達到安全采礦，相關的自燃危險預測預報就很重要。本文基于以前建立的模型以及研究成果進行采空區流場的數值模擬。得到了采空區的氧濃度的分布規律。在此之上，得到采空區“三帶”的分布，以此預測采空區自燃危險性，為現場防滅火工作做出指導。

1 采空區流場方程

1.1 采空區滲流控制方程

2 采空區流場數值模擬

2.1 采空區三維模型建立

使用Gambit三維模型擬建立40112綜放采空區的三維模型，模擬區域長度140 m，深度170 m，高度5 m為漏風邊界的六面體模型。采空區底部中心為坐標原點，深入采空區域為Y方向，走向朝回風巷方向為X方向，垂直采空區底部向上為Z方向。所建模型如圖1所示。

2.2 模擬結果及分析

可直觀的根據氧濃度分布來得知采空區氧濃度的消耗規律，如圖2所示。

從水平分布來看，在采空區進風一側O2濃度大于回風一側的氧濃度，且濃度呈梯度減小，O2濃度在采空區進風一側距離工作面22 m、54 m、88 m、124 m處濃度值達到17.4%，16.3%，12%和5.43%，回風一側也按照Fick定律降低。

3 采空區自燃危險區域劃分

將采空區與工作面水平距離相同的所有點的氧濃度最大值，及漏風強度最小值繪出極限邊界，圖中氧濃度為Cmin，滲流速度為Qmax，然后將漏風強度線和氧濃度限疊加，結合計算值確定40112采空區自燃三帶區域。三帶區域劃分圖如圖3所示。

4 結 論

①本文使用FLUENT自帶的Gambit前處理軟件進行采空區模型的網格化劃分，并對采空區O2濃度、漏風強度以及靜壓力分布做出模擬。結果顯示，40112采空區進風一側O2濃度大于回風一側的氧濃度，且濃度呈梯度減小進風一側距離工作面22 m、54 m、88 m、124 m處濃度值達到17.4%，16.3%，12%和5.43%，回風一側也按照Fick定律降低，向采空區深部依次呈現遞減趨勢。

②利用數值模擬結果，對金泉礦業公司40112綜放采空區危險區域進行劃分，確定了該采空區的危險區域為進風側22～126 m的范圍，回風側13～76 m的范圍，為進一步防滅火安全提供了數據支持。

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