采场瓦斯运移规律及其治理措施的模拟研究

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摘　要：本文基于渗流连续性方程、动力弥散方程，建立了综放面的理论数学模型，通过对模拟结果进行分析，从而对采场瓦斯积聚的成因有了更加直观和准确的认识，得出了对应于各矿不同的实际情况的最佳瓦斯治理方案。

关键词：瓦斯超限　运移规律　数值模拟

综放工作面开采强度大、生产集中，使采煤工作面瓦斯涌出表现出了强度高、数量大和极不均衡等特点，同时综放工作面由于采高较大、走向长度较长、推进速度较快，因而往往形成较大面积的采空区，在顶板周期来压时，常造成工作面及其回风流瓦斯超限，对安全生产构成了极大威胁。本文通过对工作面及其采空区瓦斯运移规律的研究，为矿上采取有效的瓦斯治理措施提供依据，使综放工作面充分发挥其优势，实现真正意义上的高产高效。

一、矿井概况

新阳井田以山西组、太原组为主要含煤地层。南部采区开 采 太 原 组 9－10－11#煤，煤层总厚度平均10.25米，煤层结构为1.71(0.64)7.90，属复杂结构煤层，稳定可采，煤种为瘦煤。新114工作面地质构造简单,为一向斜构造区,其产状为走向由南西变为南东,倾向由南东变为北东，工作面走向长1465m，工作面倾斜长200m，工作面平均推进速度2～4m/d，顶板管理采用全部垮落法。

二、采场瓦斯运移规律分析

1.U型通风工作面倾斜方向瓦斯浓度分布规律

对模拟结果进行分析可知，工作面瓦斯浓度沿倾斜方向变化规律是：采面瓦斯浓度从进风侧至回风侧逐渐增大。进风侧到采面中部范围内瓦斯浓度变化不大；采面中部到回风上隅角瓦斯浓度增加较快，尤其是靠近回风侧40m范围内瓦斯浓度较高，上隅角和回风巷则成为整个工作面的高瓦斯浓度区域。

2.U型通风采空区瓦斯浓度分布规律

瓦斯从下隅角往其采空区对角浓度逐渐升高，离工作面越远浓度越大，越靠近回风侧浓度越大。在回风侧采空区深部和废弃回风巷附近的采空区形成一个高浓度瓦斯区，此区域也成为治理瓦斯工作中采空区瓦斯抽放的理想地点。

3.可能发生瓦斯积聚的有两个区域

分析模拟结果可以发现工作面可能发生瓦斯积聚的有两个区域：

3.1工作面上隅角附近

此区域为U型通风一源一汇形式的最大弊端，特别是周期性的顶板移动时，容易造成上隅角瓦斯超限。实测数据表明，该综放面瓦斯绝对和相对涌出量分别比周期来压前增加了44% 和54%,来压期间，工作面上部6～8m 范围瓦斯浓度达1.2%,即上隅角瓦斯超限。下面从模拟的结果中分析上隅角积聚的原因。其瓦斯集聚的原因为：

3.1.1回风上隅角附近是整个采场的漏风汇，在采空区漏风流的对流扩散作用下，采空区内瓦斯不断地经由此处流出，使上隅角瓦斯浓度明显高于工作面其它部分。

3.1.2从模拟结果可以看出在采空区靠近上隅角附近有一个低压中心，在此区域附近的气体流动速度慢，风流紊动作用小、漏风流与煤体的对流传质系数小，导致采空区和煤壁涌出的大量高浓度瓦斯难以进入到主风流中，使高浓度瓦斯在上隅角循环运动聚集在涡流区中，形成上隅角局部瓦斯集聚。这是上隅角瓦斯集聚的主要原因之一

3.2采煤机附近和支架后部区域

本次模拟的是均匀释放瓦斯，但是在实际中采煤机采煤和支架放煤都是相对集中的。在采煤和放煤过程中，采煤机、支架后部区域会有瓦斯的集中涌出，对整个采面来说，表现为瓦斯涌出的不均衡性。

三、结论

通过以上瓦斯运移规律研究，可总结如下瓦斯治理方法：

1.在U型通风下，在煤层瓦斯含量不是很高，但回风巷或上隅角瓦斯偶有超限时，可通过均压通风或上下隅角吊挂风帘堵漏等措施，即可满足要求。对于局部的瓦斯超限，则可通过增加局部通风设备，稀释风流加以解决。

2.在煤层瓦斯含量较高，且U型通风已经不能满足通风要求时，视煤层自然发火危险性程度，可选用不同的通风系统。当煤层自然发火危险性较低时，可采用U+L型、Y型通风系统；自然发火危险性较高时，U+I型通过适当的尾巷负压调节，可以达到既降低采空区自然发火危险性又保证回风巷和上隅角瓦斯不超限的效果。

3.以上方法本质上都是通过风排瓦斯解决超限问题，但对于高瓦斯工作面来说，采用综合的瓦斯抽采方法是最理想的治理瓦斯超限的手段。根据很多矿的综放面抽采经验，在正常回采期，瓦斯抽采率可达到80～90%，再搭配合理的通风系统，瓦斯超限可以从本质上得到解决。

参考文献

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[3]李宗翔，海国治，秦书玉.采空区风流移动规律的数值模拟与可视化显示[J].煤炭学报，2001,26(1) :76-80.

作者简介：程涛（1984-），男，山西省孝义市人,山西焦煤汾西矿业新阳煤矿通风区技术员，中国矿业大学硕士研究生，从事矿井火灾与瓦斯防治方面的研究。