基于通风网络理论及试验的采空区自燃“三带”分析

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1、第l1卷第5期安全与环境学报V01．11N0．52011年10月JournalofSafetyandEnvironmentOct．20l1文章编号：1009—6094(2'01I)05-0184—04自燃发火的供氧条件，以煤自燃发火的临界氧体积分数为主指标。任何用单一的指标来划分采空区自燃“三带”的方法都基于通风网络理论及试验的是不妥和片面的_1．]J。采空区自燃“三带"分析本文从“三带”的本质出发，研究桃园矿1033工作面采空区自燃“三带”的位置及范围。散热带与氧化带之问的界限根唐明云，张国枢，戴广龙，秦汝祥据临界风速来判断，利用数值模拟采空区流场分布来得到。(I安徽理工大学能源与安全学院，

2、煤矿安全高效开采氧化带和窒息带之间的界限根据氧浓度指标来判断，利用现省部共建教育部重点实验室，安徽淮南232001)场埋管取气分析试验来得到。1采空区漏风流场数值模拟摘要：基于通风网络理论模型演化得到采空区走向及倾向的漏风阻力系数分布，综合考虑了采面的回采速度、顶板岩性以及采空区倾1．1物理模型向上顶板的沉降量不同等因素影响。采用专业的流体力学计算软件桃园矿1033工作面位于南三采区二阶段左翼，上为1031Fluent对桃园矿1033工作面及其采空区进行了流场数值模拟，得到了工作面，右以三采区上山煤柱为界，其基本顶为细砂岩，厚度工作面的漏风量分布及采空区漏风流场分布。模拟结果表明，工作面1．3

3、m，直接顶为泥岩，厚度2．1m。该工作面走向长度740m，向采空区漏风区域主要发生在倾向上靠进风侧0—10m范围，并有部倾斜长度113～145m。落煤方式为爆破落煤，工作面平均回分漏风量在工作面倾向从中问点前流回至工作面，采空区内的流场等采速度为2．0m／d。煤质为气煤，可采指数为93％。煤尘具值线并不完全呈对称分布。采用工作面埋管取气分析采空区内氧气有爆炸危险性，属I类容易自燃煤层。工作面风流方向为上体积分数，得到了采空区内氧气体积分数分布规律。试验结果表明，行通风，通风系统形式采用U型通风，工作面供风量为600沿着采空区走向，氧气体积分数逐渐下降；在采空区倾向上，回风巷氧3／min。气体积

4、分数下降最快，进风巷氧气体积分数下降最慢。综合考虑采空m区内的滤流速度和氧气体积分数分布，得到了采空区自燃“三带”范由于实际采场非常复杂，需要对工作面及采空区物理模围。在采空区回风巷，氧化带距离工作面范围为11～38m；在采空区型进行简化。根据1033炮采工作面试验时的实际情况，工作进风巷，距离工作面范围为23～76m；在中部，距离工作面范围为l2面及进、回风巷的断面积以专业测风员现场实测为主，采空区—66m。最后，计算得到工作面安全回采速度为2．2m／d。高度近似与工作面一致。得到了三维采场物理模型示意图，关键词：煤矿安全；通风网络理论；流场；氧气浓度；自燃；“三带”划分见图1。中国分类号：

5、TD752文献标识码：A1．2流场数学模型DOI：10．3969／j．issn．1009-6094．201105．041根据Flunet软件基本模型格式，考虑采场空气流动的不O弓I言可压性，得到采空区内i方向上简化后稳态的质量及动量守恒方程为[11J采空区自燃“三带”划分是矿井防灭火基础工作的重要内容，只有准确掌握采空区“三带”的分布范围，才能在制定各种a：o(1)．防灭火措施时做到有的放矢l1-5]。采空区渗透率分布与采空区漏风规律有直接的联系，它一=+cz÷IDIVi(2)是数值模拟采空区流场分布的关键参数l6。只有准确掌握式中P为静压，Pa；为单元体在i方向上的平均流速，m／s；采空区渗

6、透率的分布，模拟结果才能更接近采空区实际的漏a为多孔介质的渗透率，m2；C2为惯性阻力因子，I／m；p为流风流场。模拟采空区流场分布主要有3种理论：达西定律、体密度，kg／m；为流体动力黏度，Pa·s。Bathmat非线性渗透定律和通风网络理论。达西定律只适合1．3漏风阻力系数于层流流态，而采空区并非完全是层流流态，在工作面附近的由于采空区在自燃带处于过渡流态，应用通风网络法模近采空区范围内，是介于层流和湍流之间的一种过渡流态。拟采空区滤流场采用的采空区空气动力阻力特性方程为【州。]考虑到采空区的复杂性，利用Bathmat非线性渗透定律比较困h=Rlp+R2Q(3)难。基于通风网络理论模型演化

7、得到的采空区漏风阻力系数模型，综合考虑了工作面的回采速度、漏风通风压差以及顶板下沉量等因素的影响[9-10]。“三带”的划分指标主要分为3类，即采空区内的氧气体积分数、漏风风速和温度分布。寻求划分“三带”的指标，应从“三带”之间的本质区别去考虑。散热带与氧化带之间的界限，应着眼于煤自燃发火的蓄热条什，以煤自燃氧化蓄热的l临界风速为主指标；而氧化带与窒息带之间的界限，应着眼于煤*收稿日期：2011—