综采放顶煤工作面采空区瓦斯运移数值模拟研究

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近年来,综采放顶煤工作面由于高产高效和掘进率低的特点,被广泛应用,但同时带来工作面瓦斯涌出量大、涌出源不稳定等的特点,导致工作面瓦斯超限频繁,尤其是工作面上隅角,已成为综放工作面瓦斯治理的重点和难点。为了解决工作面上隅角的瓦斯问题,分析确定其各个影响因素的影响程度,就成为问题的关键之一。通过对漳村矿的观测和现场数据的测定、参考专家的经验数据,得到影响上隅角瓦斯浓度的八个主要因素,即:工作面落煤瓦斯的涌出量、工作面供风量大小、工作面通风系统、工作面顶板管理方式、工作面风流与瓦斯的交换关系、巷道断面、采空区漏风以及其它因素。运用灰色关联度理论分析上述各因素对上隅角瓦斯的影响,找到影响该工作面上隅角瓦斯问题的主要因素是工作面通风系统。以漳村矿2203工作面为研究对象,根据质量守恒定律、动量守恒定律与瓦斯扩散定律,建立了工作面采空区瓦斯运移的数学模型,建立了与该矿工作面相一致的物理模型。并通过运用流体力学软件FLUENT对“U”型、“U+L”型、“U+I”型和“U+I+高抽巷”型通风方式下采空区内的瓦斯进行了数值模拟,并对不同通风形式下的采空区瓦斯运移规律进行了对比,得出在“U”型通风方式下,通过增加风量能有效的降低上隅角瓦斯的浓度,在“U+L”型和“U+I”通风方式下的,上隅角的瓦斯浓度很明显降低,但在瓦斯排放巷中的瓦斯浓度非常高,达到了7.66%和6.5%。在“U+I+高抽巷”型的通风方式下,内错尾巷和高抽巷的抽排作用使得综放面采空区内的高浓度瓦斯向抽采口运移,减少了采空区内瓦斯向工作面的涌出,在回风巷内的瓦斯浓度为0.66%,内错尾巷的瓦斯浓度在1%左右,上隅角的瓦斯浓度在0.65%左右,符合《煤矿安全规程》中关于的相关规定。根据模拟结果,“U+I+高抽巷”型通风方式能有效的实现治理该矿工作面瓦斯的问题,为该矿工作面瓦斯的治理提供了依据。
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