綜采面U+L型通風方式Fluent采空區瓦斯分布規律研究

常彥飛

(潞安礦業集團公司 安全監察局， 山西 長治市 046204)

煤炭在我國一次性能源結構中占有重要地位，對經濟發展具有重要作用。隨著煤炭產量的提升，煤炭企業不得不向深部延展，深部開采面臨三高的危害，瓦斯濃度增高，而涌出通道逐漸降低，通常情況下，采空區和工作面之間并不是絕對密閉的，工作面進風巷風流可以通過縫隙漏入采空區，而采空區的瓦斯在漏風風流的作用下可以進入回風巷匯聚到工作面上隅角，引起工作面上隅角瓦斯積聚。工作面上隅角瓦斯積聚引起的瓦斯爆炸事故以及采空區遺煤瓦斯自燃事故在煤礦事故中占有相當大的比例，因此，其防治工作不容忽視[1-7]。

1 工程概況

常莊煤業公司3304工作面主采3號煤層。煤層平均厚度5.2 m，煤層走向長度1206.67 m，煤層傾斜長度330.6 m，煤層為近水平煤層，采用U+L通風方式。工作面回采初期，主進風巷總進風大約為3250 m3/min，輔助進風巷進風大約為1125 m3/min。通風系統如圖1所示。

圖1 工作面通風系統

2 瓦斯分布規律分析

2.1 模型建立

根據工作面實際情況，建立常莊煤業公司3304工作面U+L型通風方式下當工作面未進行瓦斯抽采時三維物理模型(見圖2)。

圖2 工作面通風系統

2.2 邊界條件

邊界條件進行了相關設置，工作面巷道風速為2.31 m/s，其中O2的含量為20.9%，CH4的含量為零，工作面巷道回風順槽與尾巷是壓力出口設置，壓力值分別為-130 Pa和-170 Pa，煤壁和落煤瓦斯涌出速度為10.9 m3/min，采空區瓦斯涌出速度為 15.8 m3/min。

2.3 結果分析

2.3.1 沿走向方向的瓦斯濃度分布規律

對于不同的距離區間進行模擬按照最小值為5 m，依次遞增的方式進行增加，最大值設置為30 m，模擬的瓦斯濃度動態分布如圖3所示。

由圖3不同距離區間下數值模擬分析結果可知，瓦斯濃度在走向方向上和傾向方向上總體呈增大的趨勢，具體如表1所示。在截面方向上，隨著采空區與底板距離的不斷增大，瓦斯濃度呈現增長的趨勢，且在同等距離下，距離工作面越近，瓦斯的含量越低，反之越高，同時，距離工作面的距離越大，瓦斯濃度增加的幅度越大，當采空區與底板的距離為20 m時，距離工作面200 m的瓦斯含量達到32.4%[2,5-7]。

圖3 U+L 型通風方式下不同距離區間采空區瓦斯濃度分布

2.3.2 沿豎直方向上的瓦斯濃度分布規律

對于不同的距離區間進行模擬，按照最小值為5 m，依次遞增的方式進行，最大值設置為150 m，模擬的瓦斯濃度動態分布如圖 4所示。

由圖4不同距離區間下數值模擬分析結果可知：

圖4U+L型通風方式下采空區垂直方向上不同距離區間采空區瓦斯濃度分布

常莊煤業公司3304工作面巷道在未進行瓦斯抽采的條件下，在豎直方向上呈現分層現象，其分布與高度呈正比。綜合分析其原因，工作面產生瓦斯時，由于在標準情況下瓦斯對空氣的相對密度是0.554，瓦斯密度必然小于空氣密度，因此，大部分瓦斯會聚集在頂部，頂部瓦斯濃度大。

常莊煤業公司3304工作面巷道在未進行瓦斯抽采的條件下，隨著與工作面進風順槽距離的不斷增大，其瓦斯濃度隨著與工作面距離的不斷變大而變大，同時發現，在瓦斯濃度相同的情況下，距離進風順槽的距離越大，相同瓦斯濃度距離工作面的距離越小，而當瓦斯濃度達到90%時，其均在截面距離50 m處。經綜合分析，當濃度達到一定時，說明大量瓦斯涌向這里，導致積聚增加，大量的瓦斯存在，必然占據大量面積，瓦斯下移，因此，當瓦斯濃度

為90%時，其在相同的距離界面上。

2.3.3 尾巷與上隅角瓦斯濃度分布特征

采用Fluent數值模擬軟件，模擬常莊煤業公司3304工作面U+L型通風方式下工作面未進行瓦斯抽采時的工作面上隅角以及工作面尾巷瓦斯濃度分別為0.31%和1.9%。小于《煤礦安全規程》上的規定值[1,4-7]，符合安全規程，解決了瓦斯超限的問題，滿足安全生產條件。

3 結 論

采用Fluent模擬了常莊煤業公司3304工作面U+L型通風方式未進行抽采條件下采空區瓦斯分布特征，得到以下結論：

(1) 常莊煤業公司3304工作面U+L型通風方式下，當工作面未進行瓦斯抽采條件下沿著垂直方向上工作面瓦斯壓力呈現逐漸降低的趨勢。

(2) 常莊煤業公司3304工作面U+L型通風方式下，瓦斯濃度在走向方向上以及傾向方向上總體呈逐漸增大的變化趨勢。

(3) 常莊煤業公司3304工作面U+L型通風方式下，當工作面未進行瓦斯抽采時，豎直方向上采空區的瓦斯濃度呈現分層分布特征，采空區瓦斯濃度呈現工作面巷道上部瓦斯濃度高而下部瓦斯濃度低的分布方式。

(4) 常莊煤業公司3304工作面U+L型通風方式下當工作面未進行瓦斯抽采時，測得上隅角以及工作面尾巷瓦斯濃度分別為0.31%和1.9%，兩值均小于《煤礦安全規程》規定的最小值。

參考文獻：

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