新集一礦防治采空區漏風流場研究

段三壯 馮康偉

摘 要：本文對新集一礦的采空區群影響煤礦安全生產問題提出研究分析，主要基于“O”型冒落壓實和Bachmat非線性滲流模型對采空區進行相關分析，模擬不同粒徑下采空區內氣體流動規律及特點。本文結合新集一礦某工作面實際測量數據，通過專業的模擬技能模擬采空區氣體流場并建立相關專業科學的模型。本模擬主要建立在專業的流體力學計算軟件fluent基礎上，結合礦上的相關實際情況，進行科學研究。并根據研究結果，提出相關于采空區氣體流場對采煤工作的指導，決定采用噴漿和注漿堵漏的可行性采空區瓦斯防治及防滅火技術措施，指導礦井采空區危險防治工作的開展。

關鍵詞：采空區防滅火;氣體流場模型;注漿堵漏

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

0 引言

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

1 新集一礦工作面采空區流場數學及物理模型

本次模型的建立是以新集礦某工作面為參考。現場情況如下：工作面長190m，采高2.7m。為治理工作面上隅角瓦斯，在工作面設置管路，經測得其抽采量為15.03m3/min。為確定模擬中的邊界條件，本文將其按照進風順槽實際所測的進風量定值，大小為1341m3/min。將工作面上隅角的抽采風量定為15.0m3/min，其設置為采空區靠近上隅角5m范圍內的源項。確定鄰近采空區群的漏風源項，本文選擇采用運用示蹤技術所測從鄰近層采空區群漏入工作面采空區的風量為其值，大小為35.0m3/min。本工作面采用U型通風。結合相關技術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，模型參數如表1所示[1]。

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

2 采空區流場數值模擬結果

結合采空區的填實情況，本模擬采空區填充物的平均粒徑分別設定為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量分布，以此確定采空區實際平均粒徑的取值。根據以上模擬方案，利用fluent進行流場模擬，得到了不同平均粒徑下的采空區在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z=1.5處的氣體流場有很大的不同，隨著粒徑越小，采空區的滲透率也明顯變小。采空區滲透率小，其漏風量也就越少。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越密實，其氣體滲透越困難[2]。結合礦區是實際生產經驗及測得的相關數據，本次模擬的結果符合生產規律，符合實際情況。

3 結論

在煤礦安全生產過程中，應結合采空區垮落的碎石的粒徑來綜合治理采空區的瓦斯及防火。在采空區碎石粒徑較大時，采空區滲透率較大，此時應對漏風源應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漏風，這樣減少采空區內煤自燃的物質基礎和漏風。

參考文獻：

[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].中國礦業大學學報，1995，24（04）：85-91.

[2]李宗翔，海國治，秦書玉.采空區風流移動規律的數值模擬與可視化顯示[J].煤炭學報，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。