考慮溫度變化的采空區瓦斯抽采數值模擬

汪騰蛟，聶朝剛，楊小彬，王朋浩

(1.遼寧工程技術大學 礦業學院，遼寧 阜新 123000；2.神華神東煤炭集團有限責任公司 補連塔煤礦， 內蒙古 鄂爾多斯 017209；3.中國礦業大學(北京)應急管理與安全工程學院，北京 100083)

0 引 言

在礦井安全事故中，由于瓦斯引起的事故危害最大、破壞力最強、造成的后果最嚴重[1-4]，而工作面上隅角處瓦斯最易積聚超限[5]，采空區的瓦斯通過漏風風流涌向工作面，會導致采空區上隅角瓦斯大量積聚，從而上隅角瓦斯濃度過高，導致一系列危及生命財產安全的事故發生[6]。瓦斯抽采是解決采空區上隅角瓦斯大量積聚問題的重要手段，因為采空區瓦斯抽采的流量較大，具有穩定的來源[7-9]，采空區瓦斯抽采能直接切斷采空區瓦斯流動路徑，隔離通風盲區，防止瓦斯超限[10-12]。對工作面采空區進行瓦斯抽采時，雖然能夠有效控制工作面瓦斯超限，但同時也會加速采空區遺煤的自燃[13-15]。由于采空區遺煤在自然狀態下會消耗氧氣釋放熱量，在采空區內部形成溫度場。對采空區進行瓦斯抽采會導致采空區內壓力場的變化，進而影響采空區內漏風風流的流動。采空區內漏風風流的流動變化會影響采空區內瓦斯濃度、氧氣濃度和氣體溫度的分布情況。

在采空區流場數學模型的建立上，章夢濤等[16]將工作面和采空區視為不同的多孔介質，利用Darcy滲流定律建立了統一的采空區流場數學模型，利用有限單元法的基本思想進行了離散與求解；李宗翔等[17-20]利用空氣和瓦斯混合氣體滲流-擴散方程，建立了二維坐標系下的非均質狀態的采空區流場數學模型，并結合現場觀測對模擬結果進行了描述；……