走向高抽巷最優垂直高度數值模擬研究

焦燕

【摘 要】 文章針對工作面和上隅角瓦斯超限問題，提出利用高抽巷進行抽采的方法進行處理。為確定高抽巷的最佳合理垂距，在水平距離確定的條件下，采用Fluent進行數值模擬，分析了垂距為33m、36m、39、42m時，瓦斯抽采濃度和瓦斯抽采純量的變化，得出高抽巷高度為39m時，瓦斯抽采效果最好;上隅角瓦斯濃度隨高抽巷垂距增加增大，但都在安全范圍內，最終確定最優層位高度為38m。

【關鍵詞】 高抽巷;上隅角;采空區;數值模擬

【中圖分類號】 TD712 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）01-0010-02 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

隨著我國煤炭開采技術的不斷發展，開采強度不斷加大，工作面上隅角極易產生瓦斯超限問題，嚴重的甚至出現瓦斯突出事故。因此，如何降低瓦斯濃度成為人們研究的重點。本文以某礦1302工作面為研究背景，通過數值模擬，確定垂高的最佳位置，以提高瓦斯抽采效果，解決工作面和上隅角瓦斯超限問題。

1 高抽巷瓦斯抽采技術

隨著回采工作面的持續推進，上覆巖層垮落變形，頂板中裂隙進一步發育，使得瓦斯運移通道大大增加，吸附瓦斯逐漸解析，并進入工作面和采空區，受風流影響，極易聚集于上隅角。瓦斯會不斷擴散和升浮，逐漸在頂板裂隙帶中積存。通過布置高抽巷，在抽采負壓的作用下，將裂隙帶中的瓦斯抽出。高抽巷瓦斯抽采如圖1所示。

高抽巷抽采效果主要取決于垂直高度的確定。高抽巷位于回風巷一側，但為避免漏風需有一定的距離。高抽巷不能布置于冒落帶，因為冒落帶形成破斷，易造成抽放系統的損壞而漏風。影響抽采效果的同時，還易在采空區自燃。高抽巷如果布置于裂隙帶的頂端，對裂隙帶上部瓦斯起到很好的抽采效果，但距離工作面距離較遠，對采空區和工作面上隅角的瓦斯無法起到很好的抽采效果，易造成工作面瓦斯超限。

2物理模型的構建

以1302工作面為工程背景，利用Fluent建立仿真模型，模型整體構建為長方體，走向長度為240m，傾向長度為220m，高為49m，高抽巷為2.5m×2.5m。抽采負壓設定為7.5KPa，對工作面采場瓦斯涌出進行設定，工作面煤壁設定為22m3/min，采空區為28m3/min，其中冒落帶為17m3/min，裂隙帶為11m3/min。根據1302工作面上覆巖層的孔隙率，設定各區域碎脹系數和黏性阻力系數，同時不同區域的瓦斯質量源通過計算進行設定，具體參數見表1。對邊界條件進行處理，進風口風速為1.47m/s，回風巷為自由出口，高抽巷為壓力出口。

3模擬效果分析

對未進行抽采條件下，工作面和上隅角瓦斯狀況進行數值分析。由圖2可知，進風側瓦斯濃度較低，回風側瓦斯濃度較高，采空區整體瓦斯濃度較高，上隅角瓦斯濃度超限。

將高抽巷布置水平方向距回風順槽30m處，垂直方向分別建立垂距33m、36m、39m、42m的模型。不同垂距下，采空區瓦斯濃度分布立體圖見圖3，傾

向方向瓦斯切面圖見圖4。

通過數值模擬，高抽巷高度為33m、36m、39m、42m時，瓦斯抽采濃度分別為9.13%、9.92%、10.52%、10.05%，瓦斯抽采純量分別為15.57m3/min、18.42m3/min、22.66m3/min、19.73m3/min。整體上隨著高抽巷的位置布置越高，瓦斯的抽采濃度和抽采量呈上升趨勢。但當垂距為42m時，抽采效果較39m時有所下降。這是因為高抽巷位置較低時，無法對裂隙區較高部分瓦斯進行有效抽采，同時受回風巷一側漏風的影響，抽采量較低。當高抽巷位置較高后，無法對工作面及上隅角的瓦斯進行有效的抽采。高抽巷垂距為33m、36m、39m、42m時，上隅角瓦斯濃度分別為0.689%、0.712%、0.752%、0.794%，上隅角瓦斯濃度隨垂高呈整體上升趨勢，但均低于1%，均在安全范圍內，有效地降低了上隅角瓦斯濃度，避免了瓦斯事故的發生。綜上可知，高抽巷布置的最佳垂距為39m。

4結論

工作面瓦斯濃度回風側較高，進風側較低，上隅角為瓦斯濃度最大區域，通過高抽巷抽采的方法能有效降低工作面及上隅角的瓦斯濃度。

在高抽巷布置水平距離確定的條件下，高抽巷的垂距過低或者過高都影響瓦斯的抽采效果，通過數值模擬確定1302工作面的高抽巷最佳垂距為39m。

隨著高抽巷位置的增高，工作面上隅角瓦斯濃度逐漸升高，但在抽采作用下，濃度均處于安全范圍內，抽采效果較明顯。

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