淺埋厚煤層地表漏風(fēng)對采空區(qū)煤自燃影響數(shù)值模擬研究

邢震

(1.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司, 江蘇 常州 213015;2.天地(常州)自動(dòng)化股份有限公司, 江蘇 常州 213015)

0 引言

目前中國煤炭產(chǎn)量大部分集中在西部礦區(qū)，特別是內(nèi)蒙古、陜西、山西、新疆等地的淺埋深礦井。伴隨開采技術(shù)的迅速提升、開采強(qiáng)度日益增大，工作面開采高度以及長度逐漸增大,推進(jìn)速度逐漸增快，從而導(dǎo)致地表裂隙逐漸增多。與此同時(shí)，西部礦區(qū)淺埋厚煤層的自燃傾向性多為易自燃或自燃，通常采用抽出式通風(fēng)的方式，空氣在負(fù)壓作用下由地表裂隙直通采空區(qū)，并最終由回風(fēng)隅角進(jìn)入回風(fēng)巷道，地表漏風(fēng)不僅使風(fēng)流紊亂，而且其中的O2貫穿采空區(qū)，與采空區(qū)遺煤共同作用使其氧化，從而發(fā)生煤自燃，產(chǎn)生的CO等有害氣體超標(biāo)，嚴(yán)重影響礦井的正常開采[1-3]。

淺埋厚煤層抽出式通風(fēng)導(dǎo)致的采空區(qū)煤自然發(fā)火問題已成為煤礦企業(yè)的一大頑疾，國內(nèi)外學(xué)者對此做了一系列研究。李建偉[4]以串草圪旦煤礦淺埋厚煤層開采工程地質(zhì)條件為背景，現(xiàn)場實(shí)測了不同埋深條件下地表裂隙分布規(guī)律及漏風(fēng)強(qiáng)度、采空區(qū)內(nèi)火災(zāi)關(guān)鍵氣體參數(shù)分布規(guī)律與關(guān)系，通過數(shù)值模擬方法研究了地表漏風(fēng)情況下采空區(qū)流場分布。Zhuo Hui等[5]通過建立三維數(shù)值模型,研究了地表漏風(fēng)對采空區(qū)溫度場、CO濃度場等分布的影響，但是建立的溫度場模型未采用現(xiàn)場監(jiān)測方法驗(yàn)證。Zhang Jian等[6]以煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)測試關(guān)鍵參數(shù)作為輸入條件，開展數(shù)值試驗(yàn)，研究了注惰性氣體條件對采空區(qū)CO、O2濃度場時(shí)空演化規(guī)律的影響。葉慶樹等[7]通過地表釋放SF6示蹤氣體的方法研究了神東礦區(qū)不同層間距綜采工作面地面漏風(fēng)規(guī)律。賀飛等[8]研究了酸刺溝煤礦6上109工作面煤層內(nèi)錯(cuò)布置開采下部煤層時(shí)地表漏風(fēng)對復(fù)合采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域的影響。鄭忠亞等[9]以檸條塔煤礦N1201綜采工作面為研究對象，采用相似模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬、現(xiàn)場SF6示蹤氣體檢測等方法相結(jié)合，研究了地表漏風(fēng)對采空區(qū)煤自燃的影響。王建文等[10]理論計(jì)算了檸條塔煤礦N1201工作面的地表漏風(fēng)速度以及地表裂隙的等效水力寬度。余聰[11]研究了壓入式通風(fēng)條件下地表裂縫封堵以及氣能位差對工作面采空區(qū)漏風(fēng)的影響。劉雷政[12]研究了二次擾動(dòng)開采對補(bǔ)連塔礦上覆采空區(qū)煤自燃的影響，通過UDEC數(shù)值模擬分析了應(yīng)力特征。趙啟峰等[13]對平朔礦區(qū)9203工作面地表漏風(fēng)采用測量壓差、風(fēng)量差結(jié)合的方法，提出地表堵漏風(fēng)及注氮結(jié)合的防治手段。吳奉亮等[14]從網(wǎng)絡(luò)解算角度分析地表漏風(fēng)對采空區(qū)“三帶”的影響，得到防止煤自燃的最大漏風(fēng)量為5 m3/s。

以上研究成果采用現(xiàn)場實(shí)測、理論分析及實(shí)驗(yàn)研究的方法對地面漏風(fēng)引起的采空區(qū)內(nèi)氣體濃度場和溫度場等進(jìn)行了研究，現(xiàn)有數(shù)值模擬方法未針對地表裂隙條件下的采空區(qū)流場進(jìn)行模擬，側(cè)重于注惰性氣體條件下的流場分析。然而地表裂隙漏風(fēng)自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)復(fù)雜程度較高，理論分析及實(shí)驗(yàn)研究方法難以從三維角度認(rèn)識(shí)地表漏風(fēng)對采空區(qū)內(nèi)煤自燃的影響規(guī)律，為此，本文采用數(shù)值模擬方法研究不同工況下采空區(qū)O2濃度場、CO濃度場、溫度場、壓力場等的分布規(guī)律，并采用自主研發(fā)的ZD5煤礦火災(zāi)多參數(shù)監(jiān)測裝置進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)證，以使建立的模型更加符合現(xiàn)場情況、模擬結(jié)果更準(zhǔn)確可靠，為現(xiàn)場制定防滅火措施提供理論依據(jù)。

1 淺埋厚煤層裂隙漏風(fēng)機(jī)理

煤層開采過程中，上覆巖層失去支撐發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)形變導(dǎo)致向下垮落，采空區(qū)上部巖層自下而上依次為垮落帶、斷裂帶、彎曲下沉帶。垮落帶是指由于直接頂下部煤層回采后受上部巖層壓力影響而向采空區(qū)下沉的巖層；斷裂帶是垮落帶的延續(xù)，該范圍的巖層同樣受到上覆巖層的壓力作用產(chǎn)生裂隙，但仍能保持其層狀結(jié)構(gòu)；彎曲下沉帶是斷裂帶的繼續(xù)發(fā)育，其巖層發(fā)生整體輕微下沉。

淺埋厚煤層通常埋深小于200 m，與普通埋厚煤層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律不同，淺埋厚煤層開采過程中典型的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律是基巖層上覆起載重作用的核心層斷裂以及穩(wěn)定性缺失直接影響工作面液壓支架阻力增加、結(jié)構(gòu)破壞、煤壁片幫以及覆巖下沉，從而使地表整體下沉，淺埋厚煤層斷裂帶直通地表，缺失最上部的彎曲下沉帶。在淺埋厚煤層開采過程中，上覆巖層中底部巖層出現(xiàn)不均勻垮落現(xiàn)象，當(dāng)上覆巖層形變超過其臨界形變時(shí)，便形成地表裂隙。地表空氣在負(fù)壓通風(fēng)作用下隨地表裂隙進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)部。采空區(qū)地表裂隙漏風(fēng)如圖1所示。

圖1 采空區(qū)地表裂隙漏風(fēng)Fig.1 Surface fissure air leakage in goaf

2 數(shù)值模型建立

采空區(qū)物理及數(shù)學(xué)模型的建立對于采空區(qū)風(fēng)流場數(shù)值模擬有著至關(guān)重要的意義，其準(zhǔn)確性直接影響模擬結(jié)果的合理性。為研究地表漏風(fēng)對采空區(qū)煤自燃的影響，建立煤自燃關(guān)鍵表征參數(shù)O2、CO以及溫度場控制方程。

2.1 O2濃度控制方程

多孔介質(zhì)中O2移動(dòng)過程包括擴(kuò)散和滲流，O2的質(zhì)量平衡方程為

(1)

2.2 CO濃度控制方程

多孔介質(zhì)中CO運(yùn)移過程包括擴(kuò)散及滲流傳質(zhì)，松散煤體內(nèi)CO的質(zhì)量平衡方程為[12]

(2)

式中：CCO為CO體積分?jǐn)?shù)，%；Dx,Dy,Dz分別為x,y,z方向上的CO在煤體中的擴(kuò)散系數(shù)；VCO(T)為煤在O2體積分?jǐn)?shù)為CO2時(shí)的CO產(chǎn)生速率，煤體CO產(chǎn)生速率與耗氧速率成正比，且耗氧速率與O2體積分?jǐn)?shù)成正比。

2.3 溫度場數(shù)學(xué)模型

采空區(qū)松散煤體能量守恒方程為

(3)

λeff=ελg+(1-ε)λc

(4)

式中λg，λc分別為空氣和實(shí)體煤的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·K)。

2.4 幾何模型建立及網(wǎng)格劃分

設(shè)采空區(qū)走向長度為300 m，傾向長度為200 m，采空區(qū)自下而上分別設(shè)置為遺煤區(qū)、垮落區(qū)、斷裂區(qū)3個(gè)區(qū)，建立采空區(qū)地表裂隙幾何模型，如圖2所示。模型基本參數(shù)見表1。

圖2 采空區(qū)地表裂隙幾何模型Fig.2 Geometric model of surface fracture in goaf

表1 模型尺寸及參數(shù)Table 1 Dimensions and parameters of model m

幾何模型中，采空區(qū)上方間隔60 m分別設(shè)置4個(gè)寬度為20 cm的地表裂隙，進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷及工作面組成的區(qū)域網(wǎng)格尺寸設(shè)置為0.5 m，采空區(qū)網(wǎng)格尺寸設(shè)置為1 m，4個(gè)地表裂隙網(wǎng)格尺寸設(shè)置為0.2 m，進(jìn)風(fēng)巷設(shè)置為速度入口(velocity-inlet)邊界，速度設(shè)置為2 m/s，回風(fēng)巷設(shè)置為自由出口(outflow)邊界，地表裂隙設(shè)置為速度入口(velocity-inlet)邊界，速度設(shè)置為0.2 m/s，工作面和導(dǎo)氣裂隙與采空區(qū)接觸面設(shè)置為內(nèi)部面(Internal)，工作面的斷面面積基本恒定不變，它屬于暴露面。風(fēng)流在邊界層外的流動(dòng)狀態(tài)屬于紊流狀態(tài)。其余邊界均定義為壁面(Wall)，壁面處風(fēng)流滲透的體積流量為0。采空區(qū)設(shè)置為空氣流體多孔介質(zhì)區(qū)域，其中孔隙率、黏性阻力系數(shù)、慣性阻力系數(shù)以及耗氧速率采用UDF編程的方式編譯至解算程序進(jìn)行解算[10]。模型解算設(shè)置中，開啟能量方程、組分運(yùn)輸模型，組分設(shè)置為O2，N2及CO的混合物。

2.5 模型驗(yàn)證

2.5.1 ZD5煤礦火災(zāi)多參數(shù)監(jiān)測裝置

采用ZD5煤礦火災(zāi)多參數(shù)監(jiān)測裝置對上述所建立的模型進(jìn)行驗(yàn)證。ZD5煤礦火災(zāi)多參數(shù)監(jiān)測裝置集光纖測溫及束管監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)勢于一體，不僅可實(shí)現(xiàn)溫度的分布式測量，還可實(shí)現(xiàn)井下CO，CO2，CH4，O2的24 h實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，采用負(fù)壓抽氣泵在井下將氣體直接傳到監(jiān)測裝置進(jìn)行分析，每個(gè)管路測點(diǎn)的抽氣時(shí)間不超過15 min。

2.5.2 測點(diǎn)布置

試驗(yàn)工作面采用一次性采全高開采方式，受開采工藝限制，在工作面進(jìn)、回風(fēng)巷等處不可避免會(huì)遺留大量浮煤，屬于重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域，因此，在采空區(qū)進(jìn)、回風(fēng)巷各布置1條測溫光纜，在進(jìn)風(fēng)側(cè)通過聯(lián)絡(luò)巷布置束管氣體測點(diǎn)。分別對光纜和束管氣體測點(diǎn)進(jìn)行有效防護(hù),以防止測點(diǎn)被砸斷或堵塞。溫度及氣體測點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 溫度及氣體測點(diǎn)布置Fig.3 Arrangement of temperature and gas measuring points

2.5.3 監(jiān)測結(jié)果分析

以回風(fēng)側(cè)布置的測溫光纜為例。圖4為光纜某一時(shí)刻不同位置的溫度實(shí)時(shí)曲線。從圖4可看出：隨著與工作面距離的增大，溫度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在約180 m處溫度達(dá)到最大值，約為26.3 ℃，隨后溫度逐漸降低，這與采空區(qū)內(nèi)自燃規(guī)律一致，可以推斷在采空區(qū)內(nèi)部由于蓄熱環(huán)境良好且有足夠的O2，容易發(fā)生煤的氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生更多的熱量，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測值基本吻合。經(jīng)過計(jì)算得到數(shù)值模擬值與現(xiàn)場實(shí)測值的相關(guān)系數(shù)為0.989 572 737，證明以該溫度場為模型的數(shù)值模擬結(jié)果可信。

圖4 回風(fēng)巷溫度監(jiān)測曲線Fig.4 Temperature monitoring curves of return air roadway

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)擬合出采空區(qū)O2體積分?jǐn)?shù)分布情況，如圖5所示。從圖5可看出，隨著氣體測點(diǎn)深入到采空區(qū)深處，O2體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)明顯下降趨勢，在距離工作面240 m處O2體積分?jǐn)?shù)降到7%左右且保持不變。對比模擬數(shù)據(jù)可以看到，二者曲線趨勢基本吻合。經(jīng)過計(jì)算得到數(shù)值模擬值與現(xiàn)場實(shí)測值的相關(guān)系數(shù)為0.965 966 444，證明以該O2控制方程為模型的數(shù)值模擬結(jié)果可信。

圖5 采空區(qū)O2分布曲線Fig.5 Oxygen distribution curves in goaf

3 數(shù)值模擬分析

3.1 采空區(qū)自燃“三帶”分布規(guī)律

采空區(qū)煤自燃“三帶”分布如圖6所示。氧氣體積分?jǐn)?shù)為8%～18%為氧氣升溫帶，小于8%為窒息帶，大于18%為散熱帶。從圖6(a)可看出，采空區(qū)內(nèi)工作面一側(cè)由于通風(fēng)充分被劃分為散熱帶，同時(shí)受地表漏風(fēng)影響，地面的新鮮空氣通過地表裂隙形成漏風(fēng)通道進(jìn)入到采空區(qū)頂部，熱量很容易散失，并且由于頂部以散落巖層為主，遺煤很少，不容易形成自燃。從圖6(d)也可看出，z=20 m平面上散熱帶范圍達(dá)到280 m，氧化升溫帶及窒息帶寬度均為10 m；自上而下，如圖6(c)所示，z=10 m平面上，“三帶”分布同樣呈規(guī)整的條狀分布，氧化升溫帶范圍為70～220 m，盡管寬度較寬，但是同樣由于該水平區(qū)域內(nèi)遺煤較少，所以，發(fā)生煤自燃的可能性不大；如圖6(b)所示，在z=2 m平面上，“三帶”分布受采空區(qū)進(jìn)風(fēng)漏風(fēng)影響較大，進(jìn)風(fēng)側(cè)散熱帶寬度約為0～110 m，沿傾向(y+)散熱帶逐漸減小，到回風(fēng)隅角處，散熱帶寬度接近于0，氧化升溫帶呈現(xiàn)狹長帶狀分布，寬度約為10 m，可以看出采空區(qū)內(nèi)煤自燃危險(xiǎn)性不大。

(a) 采空區(qū)立體“三帶”分布

3.2 采空區(qū)壓力場分布規(guī)律

采空區(qū)壓力場分布如圖7所示。由圖7(a)可看出，工作面回風(fēng)側(cè)壓力最小，為-15 Pa，在負(fù)壓通風(fēng)作用下，工作面進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)流主要通過工作面進(jìn)入到回風(fēng)巷，部分風(fēng)流通過進(jìn)風(fēng)隅角流入采空區(qū)。由圖7(b)可看出，采空區(qū)底部壓力較小，沿z+方向越往上壓力越大，沿y+方向，壓力隨著深入采空區(qū)的距離增大而增大。從圖7(c)可看出，沿傾向壓力變化不大。從圖7(d)可看出，回風(fēng)隅角處采空區(qū)壓力最小為-10 Pa，回風(fēng)口壓力最低，進(jìn)風(fēng)口壓力最大，沿x+及y+方向壓力均逐漸增大。由圖7(e)可看出，在z=10 m平面，依然是回風(fēng)隅角方向壓力最小，有所不同的是，沿y+方向壓力梯度要大于z=2 m平面。從圖7(f)可看出，在z=20 m平面，采空區(qū)內(nèi)壓力受回風(fēng)負(fù)壓作用影響相對較小，沿x方向壓力基本無變化，沿y+方向，壓力隨著采空區(qū)深度的增加而增大。

3.3 采空區(qū)O2濃度場分布規(guī)律

采空區(qū)O2體積分?jǐn)?shù)分布如圖8所示，由圖8(a)可看出，采空區(qū)內(nèi)O2主要匯集在2個(gè)部分：工作面上部的斷裂帶漏風(fēng)和采空區(qū)進(jìn)風(fēng)隅角的漏風(fēng)，其中在工作面區(qū)域兩者的漏風(fēng)疊加在一起，導(dǎo)致工作面頂部O2體積分?jǐn)?shù)高，特別是距離工作面0～50 m內(nèi)采空區(qū)幾乎被O2充滿，該區(qū)域自然發(fā)火危險(xiǎn)性較大；從采空區(qū)中部50 m處向深部延伸，底部O2體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，頂部O2層厚度逐漸減小，至采空區(qū)深部約280 m位置時(shí)O2體積分?jǐn)?shù)逐步下降到5%以內(nèi)，沒有自燃危險(xiǎn)；豎直方向，在z=2 m平面上(圖8(b)、(c)、(d))進(jìn)風(fēng)側(cè)O2體積分?jǐn)?shù)較大，延伸至進(jìn)風(fēng)側(cè)約100 m位置，滲流到采空區(qū)的高體積分?jǐn)?shù)O2受回風(fēng)隅角負(fù)壓作用逐步注入回風(fēng)側(cè)，高體積分?jǐn)?shù)O2寬度逐漸收窄，到達(dá)回風(fēng)隅角時(shí)，O2隨著漏風(fēng)通道流向回風(fēng)巷；采空區(qū)深部，隨著與工作面距離的增大，O2體積分?jǐn)?shù)逐漸減小;從圖8(e)可看出，在z=10 m平面，O2體積分?jǐn)?shù)受井下工作面漏風(fēng)影響很小，主要受地表漏風(fēng)影響，O2體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)明顯的條帶狀分布，即沿y軸方向O2體積分?jǐn)?shù)基本保持一致，而沿x軸方向，從工作面區(qū)域向采空區(qū)深部O2體積分?jǐn)?shù)逐漸降低，分析是由于受采空區(qū)氣壓影響，O2從采空區(qū)頂部地表漏風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)后，逐步向工作面方向運(yùn)移導(dǎo)致；從圖8(f)可看出，在z=20 m平面，采空區(qū)頂部幾乎充滿O2，至工作面深部270 m后O2體積分?jǐn)?shù)才逐步降低。

(a) 采空區(qū)壓力場三維分布規(guī)律

(a) 采空區(qū)O2三維分布

3.4 采空區(qū)CO濃度場分布規(guī)律

采空區(qū)CO濃度分布如圖9所示。從圖9(a)、(b)可看出，采空區(qū)內(nèi)CO與O2分布呈現(xiàn)基本相反的規(guī)律，CO主要聚集在采空區(qū)底部、中部，采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)由于漏風(fēng)通道的存在及工作面兩端口壓力的影響，將大量的CO帶離出采空區(qū)，采空區(qū)頂部同樣由于地表裂隙漏風(fēng)通道的存在將采空區(qū)上部CO稀釋。從圖9(c)可看出，隨著與工作面距離的增大，CO聚集的梯度逐漸減少，結(jié)合O2體積分?jǐn)?shù)分布規(guī)律可以知道，其原因是采空區(qū)內(nèi)部O2體積分?jǐn)?shù)減小使CO體積分?jǐn)?shù)減小。從圖9(d)可看出，沿工作面方向在同一水平面上，CO最高體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了1.1×10-4，在工作面漏風(fēng)通道及工作面兩端頭壓差的作用下，CO明顯向回風(fēng)側(cè)聚集，進(jìn)風(fēng)側(cè)聚集濃度較小，當(dāng)CO體積分?jǐn)?shù)增大到一定程度后，向回風(fēng)隅角涌出。從圖9(e)可看出，在z=10 m平面，CO聚集于采空區(qū)中部，形成“O”形圈，即采空區(qū)中部CO體積分?jǐn)?shù)最高，周邊CO體積分?jǐn)?shù)逐步減小。從圖9(f)可看出，在z=20 m平面，CO體積分?jǐn)?shù)受地表裂隙影響較大，裂隙與采空區(qū)連接處CO體積分?jǐn)?shù)最高，隨著向采空區(qū)的深入，CO體積分?jǐn)?shù)逐漸增大，在采空區(qū)深部的裂隙處CO體積分?jǐn)?shù)最高達(dá)到3.2×10-5。

(a) 采空區(qū)CO三維分布

3.5 采空區(qū)溫度場分布規(guī)律

采空區(qū)內(nèi)溫度分布規(guī)律與CO分布規(guī)律類似，采空區(qū)溫度場分布如圖10所示。從圖10(a)、(b)可看出，采空區(qū)溫度受漏風(fēng)影響最大，測溫區(qū)域主要集中于采空區(qū)中下部。從圖10(c)可看出，沿工作面方向在同一水平面上，采空區(qū)最高溫度達(dá)到385 K(112 ℃)，在工作面漏風(fēng)通道作用下，該區(qū)域處于散熱帶，產(chǎn)生的熱量被大量帶出采空區(qū)，向回風(fēng)隅角處溫度逐漸降低；從圖10(d)可看出，隨著與工作面距離的增大，溫度梯度逐漸減少，結(jié)合O2體積分?jǐn)?shù)分布規(guī)律及“三帶”分布情況可以知道，其原因是采空區(qū)內(nèi)部O2體積分?jǐn)?shù)減小,進(jìn)入窒息帶，缺少煤自燃的必要條件。在z=10 m平面(圖(10(e))溫度在采空區(qū)中部聚集形成“O”形圈，最高溫度達(dá)到355 K(82℃)。在z=20 m平面(圖(10(f))溫度受地表裂隙影響較大，裂隙與采空區(qū)連接處溫度最高，隨著向采空區(qū)的深入，溫度逐漸增大，在采空區(qū)深部的裂隙處CO最高溫度達(dá)到332 K(59 ℃)。

(a) 采空區(qū)溫度場三維分布

4 結(jié)論

以西北淺埋厚煤層工作面為背景，采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場實(shí)測相結(jié)合的研究方法，研究了地表裂隙對采空區(qū)“三帶”、壓力場、O2濃度場、CO濃度場、溫度場等火災(zāi)關(guān)鍵參數(shù)動(dòng)態(tài)發(fā)展變化規(guī)律。

(1) 建立O2濃度控制方程、CO濃度控制方程、溫度場控制方程，并通過UDF編程的方式導(dǎo)入到數(shù)值計(jì)算軟件中，采用ZD5煤礦火災(zāi)多參數(shù)監(jiān)測裝置現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)對數(shù)值模型進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果可靠，模型可應(yīng)用于采空區(qū)地表漏風(fēng)數(shù)值計(jì)算及西部淺埋厚煤層地質(zhì)條件的礦井火災(zāi)分析。

(2) 采空區(qū)內(nèi)壓力分布規(guī)律為回風(fēng)隅角處壓力最小,達(dá)到-10 Pa，回風(fēng)口壓力最低，進(jìn)風(fēng)口壓力最大，沿傾向、沿豎直方向及走向壓力均逐漸增大；采空區(qū)內(nèi)“三帶”分布規(guī)律和O2濃度場分布受地表漏風(fēng)影響明顯，采空區(qū)頂部O2容易聚集，改變了采空區(qū)內(nèi)氣體流場分布規(guī)律，采空區(qū)內(nèi)高體積分?jǐn)?shù)O2(體積分?jǐn)?shù)18%～23%)聚集范圍為沿采空區(qū)走向0～270 m、沿采空區(qū)豎直方向3～20 m，特別是在沿采空區(qū)走向0～80 m、沿采空區(qū)豎直方向3～8 m空間O2充足、有一定遺煤且熱量不容易散失，該區(qū)域自然發(fā)火危險(xiǎn)程度較高。

(3) 采空區(qū)內(nèi)溫度和CO分布規(guī)律類似，在采空區(qū)底部受頂部漏風(fēng)影響很小，主要受工作面進(jìn)風(fēng)隅角影響，熱量積聚和CO聚集規(guī)律與不漏風(fēng)時(shí)基本一致，而從采空區(qū)中部開始，溫度和CO主要受頂部漏風(fēng)影響，在中部區(qū)域溫度和CO均呈現(xiàn)“O”形圈分布，采空區(qū)頂部，溫度和CO在每個(gè)斷裂帶與采空區(qū)交接處達(dá)到極大值，并向兩側(cè)遞減，在最深部的斷裂帶與采空區(qū)交接處出現(xiàn)最大值。