三进两回通风系统采空区瓦斯运移规律及其治理研究_雷云.pdf

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1、★煤矿安全★三进两回通风系统采空区瓦斯运移规律及其治理研究雷云１１１１２３周明磊王海东吴琼张伟牛瑞宏（１．煤炭科学研究总院沈阳研究院，辽宁省沈阳市，１１００１６；２．沈阳理工大学应用技术学院，辽宁省抚顺市，１１３１２２；３．山西省长治市襄垣县煤炭工业局，山西省长治市，０４６０００）摘要针对晋煤集团寺河矿二号井现采采空区瓦斯涌出量大且采用“并列双Ｕ”三进两回通风系统的特点，通过应用ＣＦＤ模拟技术对采空区瓦斯分布进行了数值模拟，得出不同边界条件下采空区内高浓度瓦斯聚集区域和采空区瓦斯引排、抽采可行性研究结果，从而为该矿制定采空区瓦斯治理措施提供了科学依据。关键词瓦斯运移数值模拟引排抽采中图分

2、类号ＴＤ７１２．５文献标识码ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｇａｓｍｉｇｒａｔｉｏｎｌａｗｉｎｇｏｂｗｉｔｈ"ｔｈｒｅｅ－ｉｎｔａｋｅ－ｔｗｏ－ｒｅｔｕｒｎ"ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌ１，ＺｈｏｕＭｉｎｇｌｅｉ１，ＷａｎｇＨａｉｄｏｎｇ１，ＷｕＱｉｏｎｇ１，ＺｈａｎｇＷｅｉ２，ＮｉｕＲｕｉｈｏｎｇ３ＬｅｉＹｕｎ（１．ＳｈｅｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ１１００１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＳｃｈｏｏｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｓｈ

3、ｕｎ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ１１３１２２，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＢｕｒｅａｕｏｆＸｉａｎｇｙｕａｎＣｏｕｎｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｉ，Ｓｈａｎｘｉ０４６０００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌａｒｇｅｇａｓｅｍｉｓｓｉｏｎｒａｔｅｉｎｍｉｎｉｎｇｇｏｂａｎｄｕｓｉｎｇ"ｐａｒａｌｌｅｌｔｗｏＵ－ｓｈａｐｅ""ｔｈｒｅｅ－ｉｎｔａｋｅ－ｔｗｏ－ｒｅｔｕｒｎ"ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎＮｏ．２ｗｅｌｌｉｎＳｉｈｅＭｉｎｅｏｆＪｉｎｃｈｅｎｇＡｎｔｈｒａｃｉｔｅＭｉｎｉｎｇＧｒｏｕｐ，ｔｈｅｐａｐｅｒａｄｏｐｔｓｔｈｅＣ

4、ＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｃｏｎｄｕｃｔａｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｇａｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｇｏｂ，ａｎｄｏｂｔａｉｎｓｔｈｅｈｉｇｈ－ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｇａｓａｃｃｕｍｕｌａ－ｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｆｅａｓｉｂｌｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｏｆｇａｓｄｒａｉｎｉｎｇａｎｄｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｉｎｔｈｅｇｏｂ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｍｉｎｅｔｏｍａｋｅｔｈｅｇｏｂｇａｓｃｏｎｔｒｏｌｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｋｅｙｗｏ

5、ｒｄｓｇａｓｍｉｇｒａｔｉｏｎ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｄｒａｉｎｉｎｇ，ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ晋煤集团寺河矿二号井采用综采放顶煤开采工针对“并列双Ｕ”三进两回通风方式下采空区艺，采空区遗煤较多，导致现采采空区瓦斯涌出量内高浓度瓦斯聚集区域的确定及其瓦斯治理研究甚大。依据矿井瓦斯涌出分源预测法，测出寺河矿少。鉴于此，作者在理论分析的基础上，运用数值１５＃煤层回采工作面瓦斯涌出量达到４０ｍ３／ｍｉｎ。模拟方法对晋煤集团寺河矿二号井“并列双Ｕ”三为了有效控制上隅角和回风巷道瓦斯超限，寺河矿进两回通风系统下采空区瓦斯浓度分布进行研究，二号井首次在１５＃煤层ＸＶ１３０１回采工作面采

6、用国得出瓦斯运移规律，并确定采空区内高浓度瓦斯聚内较先进的“并列双Ｕ”三进两回通风系统。该通集区域，从而为该矿制定采空区瓦斯抽采措施提供风系统是建立在尾巷治理瓦斯理论的基础上，利用科学依据。风流加快瓦斯扩散和运移速度，从而降低局部聚集１瓦斯运移的数学模型区域的瓦斯浓度，有效地解决回采面和上隅角瓦斯超限问题。１．１采空区气体流动方程三进两回通风系统采空区瓦斯运移规律及其治理研究１０１按照渗流力学的方法，将采场视为连续的渗流ｕ———渗流速度的模；空间，引入空度因子，在孔隙介质空间中可直接运ＳＡｉ———瓦斯流的上游面积。用质量守恒定律和Ｎ－Ｓ方程，忽略瓦斯引起气体１．２瓦斯在采空区中的动力弥散

7、方程密度的改变和紊流效应，推导出气体流动方程：根据质量守恒定律和流体动力弥散定律，瓦斯ｕｉ在采场中的动力弥散方程为：＝０（１）ｘｉＣ＝ＤｉｊＣ－（Ｃｕ）＋Ｉ（４）ｉＣＨ（ｘ）４ｕｉｕｉｕｊｔｘｉｊｘｉρ（＋）ｔｘｊ式中：Ｃ———采空区内瓦斯的质量浓度，ｇ／ｍ；ｐｕｉｕｊＤ———动力弥散系数，ｍ２／ｓ；＝ρｇｉ－＋［（＋）］－Ｆ（２）ｉｊμｉｘｉｘｊｘｊｘｉｕｉ———平均流速向量的分量，ｍ／