尾巷對采空區流場影響的數值模擬研究

崔亞凱　鄭再春（河南永華能源有限公司，河南 洛陽 471900）

尾巷對采空區流場影響的數值模擬研究

崔亞凱鄭再春
（河南永華能源有限公司，河南 洛陽 471900）

為分析尾巷對采空區流場分布的影響，本文分別建立了無尾巷、有尾巷條件下的采空區物理模型，利用Fluent軟件對兩種情況下的采空區漏風、瓦斯分布規律進行了數值模擬。結果表明：尾巷的使用增大了工作面沿程向采空區的漏風范圍，使得更多的風流涌入采空區；與無尾巷時的結果相比，尾巷可明顯降低采空區及工作面上隅角瓦斯濃度，可使上隅角瓦斯由1.95%降低到0.49%，有效解決了上隅角瓦斯超限問題。

尾巷；數值模擬；采空區漏風；瓦斯分布

隨著煤礦開采深度與集約化生產程度的迅速提高，傳統的U型通風已不能生產的要求，往往易造成上隅角瓦斯超限，對工作面安全生產構成了極大的威脅[1，2，3]。在治理上隅角瓦斯超限方面主要有兩種方式，即減小采空區漏風和增加漏風源匯。而增加漏風源匯主要采用上隅角瓦斯抽放及加尾巷的方法，其中加尾巷在治理上隅角瓦斯超限問題中效果明顯，在高瓦斯礦井中得到了普遍的應用[4，5，6]。但是尾巷的應用往往會使采空區的風流流態及流場發生變化，在應用的過程中需要進行深入的研究。本文利用Fluent軟件，對“U”型和“U+L”型通風方式下的采空區流場進行了數值模擬研究，對尾巷的設計工作提供了一定的依據。

表1 有、無尾巷條件下物理模型參數

1 物理模型及邊界條件的設置

1.1 工作面概況

工作面切眼長度為188m，平均煤厚2.2m，采用“U+L”型通風方式，總進風約為2414m3/min，其中回風巷與聯絡川回風比為1.3∶1。采空區絕對瓦斯涌出量為33m3/min。

1.2 物理模型的建立

為對比分析尾巷抽采對采空區流場的影響，以該工作面為原型，分別建立無尾巷、有尾巷抽采條件下的工作面及采空區物理模型，物理模型設置參數見表1。

2 尾巷對采空區流場分布規律的影響

2.1 尾巷對采空區漏風的影響

通過數值模擬可以得到無尾巷、有尾巷條件下的采空區漏風分布規律，如圖1所示。

由圖1可以看出：

（1）尾巷使得工作面沿程漏入采空區風量的范圍明顯增大，增大了約為45m。

（2）尾巷的設置增大了工作面漏入采空區風流的風速，但卻減小了采空區流向工作面風流的速度。

（3）對圖1中曲線進行積分可知，無尾巷條件下工作面漏入采空區的風量約為250m3/min，有尾巷時工作面漏入采空區的風量為320m3/min，尾巷的作用使得漏入采空區的風量增大了28%。

3.2 尾巷對采空區瓦斯分布的影響

尾巷對工作面上隅角瓦斯分布的影響：通過數值模擬得到無尾巷、有尾巷條件下工作面上隅角瓦斯分布規律，如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知：

（1）在有無尾巷時，沿工作面垂直高度方向上隅角瓦斯濃度均呈現逐漸增大的趨勢。

（2）尾巷的設置使得上隅角瓦斯濃度明顯降低。例無尾巷時工作面上隅角瓦斯最大濃度達到了1.95%；有尾巷時工作面上隅角瓦斯最大濃度為0.49%，低于規程值，從而保證了煤礦的安全生產。

圖1有、無尾巷條件下沿工作面Y方向向采空區的漏風風速分布

圖2無尾巷條件下工作面上隅角瓦斯分布

圖3 有尾巷條件下工作面上隅角瓦斯分布

結論

通過對無尾巷、有尾巷條件下的采空區漏風、采空區瓦斯分布規律的研究，可以得到以下結論：

（1）尾巷的使用增大了工作面沿程向采空區的漏風范圍，使得更多的風流進入采空區，增大了工作面向采空區的漏風量。

（2）尾巷的使用明顯降低了采空區及工作面上隅角瓦斯濃度，使得上隅角瓦斯濃度由1.95%降低到0.49%，保證了工作面的安全生產，也驗證了工作面使用尾巷治理上隅角瓦斯超限的可行性。

[1]徐鈞，戚良鋒.Y型通風采空區瓦斯流場數值模擬研究[J].安徽理工大學學報（自然科學），2010，30（03）：29-31.

[2]張浪，范喜生，蔡昌宣，劉震，劉斌.U型通風上隅角瓦斯濃度超限治理理論與模擬[J].煤炭科學技術，2013，41（08）：129-132.

[3]王凱，蔣曙光，張衛清，邵昊，寇礫文.尾巷改變采空區瓦斯流場的數值模擬研究[J].采礦與安全工程學報，2012，29（01）：124-130.

[4]楊明，高建良，馮普金.U型和Y型通風采空區瓦斯分布數值模擬[J].安全與環境學報，2012，12（05）：227-230.

[5]邵昊，蔣曙光，王蘭云，吳征艷，王凱.尾巷對采空區煤自燃影響的數值模擬研究[J].采礦與安全工程學報，2011，28 （01）：45-50.

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