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1、Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究摘要:为了找出Y型通风工作面采空区中瓦斯流场的分布规律,为采空区瓦斯治理提供理论依据,应用流体力学模拟软件Fluent对两进一回Y型通风工作面采空区流场、瓦斯浓度场的分布进行了模拟研究,得到采空区瓦斯流动及浓度分布规律为:沿走向向采空区深部瓦斯浓度逐渐增大,沿倾向从下向上瓦斯浓度逐渐增大,沿空留巷的末端是能位的最低点,漏风向沿空留巷末端方向流动,可以解决上隅角瓦斯积聚问题。 关键词:Y型通风;采空区;瓦斯场;数值模拟 :TD753.6:A :1672-1098(2010)03-0029-
2、03 简介:徐钧(1965-),男,安徽石台县人,高级工程师,主要从事煤炭工程勘察设计与研究等方面的工作。 NumericalSimulationofGasFieldinGoaf XUJun1,QILiang-feng2 (1.HefeiDesignResearchInstituteforCoalIndustry,HefeiAnhui230041,China;2.HuainanBranch,ChinaMerchantsBank,HuainanAnhui232007,China) Abstract:
3、:Inordertofindoutregularityofgasfloandprovidetheoreticalbasisforgascontrolingoaf,gasfloechanizedloangofoneairinletandtulatedbyCFDsoftexploitationfronttothedeepingoaf,alongtheslopegasconcentrationincreasesfromdoicpotentialpointisattheendofroadofgasaccumulationintheuppe
4、rcornercanbesolved. Key;goaf;gasfield;numericalsimulation 瓦斯灾害是煤矿中最严重的灾害之一。传统的U型通风系统,不能很好的解决巷道瓦斯超限问题,尤为是工作面上隅角,瓦斯浓度常常超标。造成这种现象的最根本原因是采空区漏风流场易于引起上隅角瓦斯积聚。虽然可以采用各种技术手段对U型通风系统进行改进,但效果并不特别明显。对于瓦斯涌出量较大的工作面,采用两进一回Y型通风系统可以很好地解决回风流中瓦斯浓度过高和上隅角瓦斯积聚的问题。 两进一回Y型通风系统可以在采煤工作
5、面的上、下巷同时进风,而其中的副进风巷在采空区的部分变为回风巷,并在巷旁充填支护。这种形式的工作面通风方式不仅可以从根本上解决上隅角瓦斯积聚问题,而且运煤、各种管道、设备都在新风中,在回风巷中无轨道、管路及电缆等,大大提高了回风巷的安全性。研究表明,Y型通风工作面能位最低点是留巷的末端(而U型通风工作面上隅角是能位的最低点),因此不会产生上隅角瓦斯积聚现象,如果主、副进风巷风量分配合理,两进一回Y型通风方式完全可以彻底解决上隅角瓦斯超限问题。本文采用计算机模拟方法,对两进一回Y型通风采空区瓦斯流场进行了分析和研究。 1工作面概
6、况 顾桥矿1115(1)工作面采用混凝土膏体材料充填沿空留巷技术,并形成Y型通风系统。工作面走向长度为2709.9m,倾斜长为220.54m。根据顾桥矿煤柱预留实际情况,本工作面南与F87断层间留煤柱50m,运输顺槽与1116(1)工作面轨道顺槽留净煤柱7m,轨道顺槽为一次沿空留巷,留巷后作为下一工作面1114(1)工作面轨道顺槽。工作面采用两巷加一借用巷道(三巷)布置方式,巷道分别为1115(1)运输顺槽、轨道顺槽和借用巷1114(1)运输顺槽前期作为该面回采时总回风巷,三巷为平行布置方式,其中运输顺槽为机轨合一。 2采
7、空区瓦斯流场模拟 采用通用的流体力学数值模拟软件FLUENT,对顾桥矿1115(1)工作面采空区进行模拟,以研究Y型通风方式下采空区内瓦斯流场分布情况。 2.1假设与简化 假设与简化的原则是:解算模型反映所研究工作面及采空区的主要特征,尽量与实际情况相符合;同时使模型可以在Fluent中进行模拟计算。 简化后取工作面倾斜长225m。由于采空区倾斜向非常长,受工作面通风影响的区域主要在靠近工作面一侧150m范围内,适当延长后,截取采空区工作面一侧300m作为研究对象。采空区内部区域按多孔介质处理。采空区内部气体只含有
8、N2、O2和CH4,其他成分很少,对所求结论也没有直接的关系,不予考虑。本文所做模拟,在采空区未抽采瓦斯的条件下进行。 2.2采空区模型的建立 顾桥矿1115(1)工作面采空区的物理模型(数值解算模型)如图1所示。 图1采空区数值
