回采工作面恢复通风瓦斯分布数值模拟研究.pdf

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1、2015年第4O卷第6期能源技术与管理Vo1．40No．6EnergyTechnologyandManagement19doe10．396％．issn1672—9943．201506．007回采工作面恢复通风瓦斯分布数值模拟研究赵志研(煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁沈阳110016)[摘要]针对矿井主要通风机停止运转导致回采工作面瓦斯积聚的问题，运用计算流体动力学数值模拟软件CFD，模拟研究了停风状态下工作面煤壁和采空区涌出瓦斯时的瓦斯积聚情况，以及恢复通风后瓦斯浓度在回风巷道出口处变化规律，分析了不同工作面倾角、不

2、同进风量对瓦斯积聚和运移的影响。结果表明：停风时，倾角变大、上隅角瓦斯积聚速度加快；恢复通风后，水平工作面排放瓦斯速度慢于倾斜工作面，随着风量增大，瓦斯处于爆炸极限内的时间缩短。[关键词]回采工作面；恢复通风；瓦斯积聚；数值模拟[中图分类号]TD712[文献标识码]B[文章编号]1672．9943(2O15)()6019_()31研究方法计算流体动力学fComputationalFluidDynam—ics(简称CFD1，可通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和传热、传质等相关物理现象进行分析。CFD的基本思

3、想可以归结为：把原来在时间域及空问域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限的离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式图1数值模拟的物理模型建立起关于这些离散点场变量之间关系的代数方3模拟结果及分析程组，然后求解代数方程组，获得场变量的近似值。本文假设工作面瓦斯涌出总量为5m3／min，停CFD可以看成是流体基本方程控制下对流风时间为30rain，在进风量和工作面倾角不同条体的数值模拟1。通过这种数值模拟，可以得到件下，分别进行如表l所示的8组模拟。所研究的流场内各个位置上基本物理量的分布以表1模拟

4、实验组号及物理量随时间的变化情况。2模型构建本文研究的是工作面积聚的瓦斯在通风排放过程分布问题，为此利用FLUENT前处理软件Gambit。在笛卡尔坐标系下建立了三维工作面模3．1停风过程上隅角瓦斯浓度随时间的变化型，模型包括进风巷和回风巷[3]。研究的工作面长停风期间瓦斯浓度随时间的变化情况如图2220m，断面为长方形，宽5m，高3m，进回风巷长所示。图2中曲线分别表示水平工作面和向上倾分别为100m、150m，断面为正方形，宽和高都是斜15。工作面在停风30min期间，上隅角瓦斯浓3m。进风巷口作为风流人口，回风巷

5、口作为风流度随时间的变化情况。停风3min后，倾斜工作面出口j。此外需要设置瓦斯涌出源项，因此在工上隅角瓦斯积聚速度明显高于水平工作面；积聚作面两侧壁的外侧分别构建了尺寸为0．2m的瓦30min时，倾斜工作面上隅角瓦斯浓度达到斯源项区，分别作为煤层及采空区瓦斯涌出来源。3．5％，而水平工作面为3％。无论上隅角瓦斯积聚模型俯视图如图1所示。的速度还是总量，倾斜工作面均大于水平工作面。2015年第40卷第6期能源技术与管理V01．40No．6EnergyTechnologyandManagement21OO00O000OO

6、OO看出：通风11min时，出口瓦斯浓度达到爆炸下斯排放过程的吣模∞拟分析∞，得到∞的主要结0论如下：∞∞限5％，19min时，浓度达到峰值为6．2％，之后逐(1)停风30min后，瓦斯涌出量均为5m3／min渐下降直到37min后处于稳定状态2．7％，瓦斯的条件下，水平工作面上隅角瓦斯浓度达到3％，处于爆炸极限范围内持续时间为12min。向上倾斜l5。工作面上隅角瓦斯浓度达到3．5％，风量继续增大到250m3／min时，由A4曲线表明倾角变大时，上隅角瓦斯积聚速度加快，积聚可看出：出口瓦斯浓度达到爆炸下限5％用时量增

7、大。9min，达到稳定状态瓦斯浓度为2．2％，瓦斯处于(2)通过比较A1、B1组恢复通风后，在爆炸极限范围内持续时间为8min。10min、20min、30min三个时刻的瓦斯浓度分布B1、B2、B3、B4曲线走势与A1、A2、A3、A4基图可以看出，在每个时刻，水平工作面中瓦斯浓度本一致。由以上分析可得：无论水平还是倾斜工作低于2．4％的区域长度总小于倾斜工作面20m左面，当风量增大时，出口瓦斯浓度达到爆炸极限所右，且瓦斯浓度在1．7％～2．4％间的区域明显大于用的时间缩短，瓦斯浓度最大值降低。风量越大，倾斜工作面，

8、这都说明水平工作面排放瓦斯速度瓦斯在爆炸极限范围内持续的时间越短，达到最慢于倾斜工作面。终恒定值所用的时间也越短。这是由于风量越大，(3)通过组回风巷出口某点瓦斯浓度随时瓦斯与风流混合越充分，运移速度越快。所以，想间变化曲线看出，瓦斯涌出量一定时，通过逐渐增要满足《煤矿安全规程》中规定的出口瓦斯浓度达大风量，从100m3／min、