基于fluent的综采工作面采空区内瓦斯浓度场研究

基于fluent的综采工作面采空区内瓦斯浓度场研究

牛玉海

OnManagementoftheMethaneConcentrationFieldinMined-outAreaBasedonfluentFullyMechanizedWorkingFace

牛玉海NIUYu-hai曰焦新明JIAOXin-ming（河北邯郸冀中能源峰峰集团梧桐庄矿，邯郸056500）（JizhongEnergyFengfengGroupWutongzhuangMine，Handan，Hebei，Handan056500，China）

摘要院本文通过数值模拟采空区内瓦斯浓度场，从理论上确定了瓦斯浓度的分布情况。进而在对综采工作面瓦斯治理提供了科学的理论依据。

Abstract:Throughthenumericalsimulationofmethaneconcentrationfieldinmined-outarea,thispaperdeterminedthedistributionofmethaneconcentrationintheoreticalaspect.Thenthescientifictheoreticalbasiswasprovidedinthemethanecontroloffullymechanizedworkingface.

关键词院瓦斯；浓度场；数值模拟Keywords:methane；concentrationfield；numericalsimulation中图分类号院TD712文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）21-0163-021182403

工作面概况井上182403工作面位于水鱼岗村西北方向，地势北高南低，地表为丘陵地形，地表大部分已被当地居民开垦为农田，跃峰渠流经该处。井下位于四采区左翼，本采区182408工作面和182402工作面已结束，附近无其它采掘情况。

403工作面煤层厚度为3.01m耀3.19m，平均煤厚3.1m，局部有夹矸，结构简单。老顶为细砂岩，厚6.10m；直接顶为砂页岩，厚3.24m；直接底为砂页岩，厚5.50m；老底为中砂岩，厚4.75m。

2采空区瓦斯浓度场基础理论为了进行插管抽采设计，需要确定抽采泵的流量，因为它决定着设备选型、管径等参数的计算等。根据煤矿瓦斯抽采工程设计规范，标准状态下抽采泵的流量与最大的设计瓦斯抽采量以及抽采泵入口处预计的瓦斯浓度等参数有关，目前主要采用类比法根据经验确定这些参数，急需理论上的指导。

在此次研究过程中采用解析法研究U型通风的漏风场和由插管抽采产生的流场，用数值模拟说明了上隅角封堵以及插管抽采在治理上隅角瓦斯浓度超限方面的作用，给出了详细的数值模拟方法以及有关参数的取法，插管抽采采空区瓦斯是治理U型通风上隅角瓦斯浓度超限的根本措施；数值模拟工作在插管抽采设计方面具有一定作用，所用方法可供采空区瓦斯抽采设计参考。

2.1U型通风的漏风场为了研究采空区内的复杂流场（包括氧浓度场、瓦斯浓度场、温度场等），首先研究采空区内的漏风场。

图1是U型通风采空区漏风场二维示意图。记工作面长度为L，采空区沿深度方向的瞬时长度为H，下隅角处的气体静压为P1，上隅角处为P2。根据无粘不可压缩无旋流理论，流场压力p满足拉普拉斯方程，

图3a工作面与采空区之间的界限为Porous-jump，用来反映支架的影响。由图3b可见，考虑工作面影响后，采空区内的压力场上、下不再严格反对称；由图3c、d可见，回风侧流速最大，最大值约2.8m/s，采空区下、上隅角处流速较大，这些都与实际相一致；由图3e可见，越往采空区内部、越往回风侧瓦斯浓度越大，最大浓度约为12.8%，上隅角处约为0.8%，采空区内部距上隅角3m处约为6%，与实际情况一致。

3结论回采工作面U型通风上隅角瓦斯浓度容易超限是这种通风方法的固有缺陷。尽管存在这种缺陷，但由于通风方法比较简单，一些煤矿仍在采用。而治理U型通风上隅角瓦斯浓度超限问题可以采取多种方法解决，其中，上隅角封堵、插管抽采法较简单。本文采用解析法研究了U型通风的漏风场和由插管抽采产生的流场，用数值模拟说明了采空区瓦斯浓度场的分布情况，为采空区进行埋管抽采，选择抽采参数提供了科学的理论基础。为瓦斯治理和通风安全管理的发展有重要指导意义。

参考文献院[1]刘明光,陈新军.我国煤矿瓦斯安全监控系统综述[J].安全生产与监督,2007(03).[2]梁冰,秦冰,孙维吉,王少远,石迎爽.智能加权灰靶决策模型在煤与瓦斯突出危险评价中的应用[J].煤炭学报,2013(09).[3]黄森林.覆岩垮落带高度对高位钻孔瓦斯抽放效果影响的研究[J].矿业安全与环保,2013(06).作者简介院牛玉海（1967-），男，河北灵寿人，中级工程师，现任梧桐庄矿副总工程师，研究方向为一通三防及瓦斯治理方面。