基于Fluent的工作面瓦斯抽采效果数值模拟

基于Fluent的工作面瓦斯抽采效果数值模拟
刘永杰
【摘要】Gas seriously threats the safety of coal production. Reasonable extraction technology can effectively a- void gas accidents in coal mines. The paper mainly discusses gas extraction effect in bedding drilling and the ap- plication of Flurnt simulation software, which helps to obtain optimal bedding boring layout and extraction flow and provides necessary technical support for collieries with similar working face conditions.%瓦斯严重威胁煤矿的安全生产，合理的抽采技术可以有效地避免煤矿瓦斯事故的发生。

主要研究煤矿顺层钻孔的瓦斯抽采效果，采用Fluent模拟软件，得出最优的顺层钻孔布置方式和抽采流量，为有类似工作面条件的矿井提供必要的技术支持。

【期刊名称】《江西煤炭科技》
【年(卷),期】2012(000)004
【总页数】3页(P95-97)
【关键词】煤矿安全;瓦斯治理;抽采技术
【作者】刘永杰
【作者单位】山西潞安矿业集团有限责任公司李村煤矿,山西长治048000
【正文语种】中文
【中图分类】TD712.6
瓦斯是威胁矿井安全的主要因素之一。

瓦斯事故造成大量的人员伤亡和财产损失，治理煤矿瓦斯已成为煤矿的主要工作之一，目前治理瓦斯的方法众多，如开采保护层、抽采瓦斯等。

现以顾桥矿11221工作面为例，通过Fluent模拟技术，研究煤矿顺层钻孔不同流量下瓦斯抽采的效果。

工作面净长240m，回采长度2837m，平均煤厚2．76 m，工作面总体由一宽缓的背斜和向斜组成，其轴部近似东西方向，煤层倾角3°～10°。

回采期间，工作面瓦斯主要来源为：本煤层煤体释放的瓦斯，本面采空区涌出的瓦斯及11223等临近层向老空区泄漏出的瓦斯，测试得出11221瓦斯涌出量为
5．4m3／t。

顾桥煤矿11221工作面位于11煤2采区第一个工作面，对于高位钻场抽采瓦斯
或高抽巷，在第一工作面增加工作量，增加煤矿的开采成本。

但是顺层钻孔抽采瓦斯不存在增加工程量，可以有效的减少煤矿的开采成本。

还有就是高低位钻场对于没有开采过的工作面，抽采效果不明显。

顺层钻孔抽采瓦斯的管路主要应用工作面的顺槽，可以使煤矿工作面瓦斯得到有效的释放，在根据地压会在工作面前部产生高压区，煤层破碎，增加抽采瓦斯的效果。

因此，顺层钻孔抽采瓦斯可以适用于所有不存在高低位钻场抽采瓦斯条件的工作面。

即使采用高低位钻场抽采瓦斯，也可以采用顺层钻孔抽采瓦斯，可以提高工作面的瓦斯抽采效果。

数值模拟的假设条件：
1）矿井空气近似为理想气体。

2）工作面四周瓦斯分布均匀，没有异常区。

3）煤层采空区瓦斯释放均匀，没有异常情况。

4）研究对象不受地压影响，巷道断面一致。

采用Fluent流体力学模拟软件模拟瓦斯抽采的效果，主要应用其中的流体耦合模
型，对研究煤矿瓦斯抽采效果进行数值模拟，模型主要模拟工作面前方50m的范围，主要研究此范围内的顺层钻孔不同流量下瓦斯抽采效果，建立的模型见图1。

模型中主要有5路抽放管路，分别抽采工作面前部的瓦斯，为后面的采掘工作提供必要的安全支持。

抽采管路的内径为107mm，回风巷和运输巷中的主要抽采管路采用内径为325mm的管路。

运输巷中为1号抽采管路，回风巷道中为2号抽采管路。

工作面长度100m，煤层厚度为3m，顶板岩性稳定。

回风巷和运输巷断面都为16m2，抽采管路可以提供的抽采压力为3137Pa。

设计三个模型：
模型一：抽采管路中的流量为3m3／min，各个抽采管路之间距离为10m。

模型二：抽采管路中的流量为2m3／min，各个抽采管路之间距离为10m。

模型三：抽采管路中的流量为3m3／min，各个抽采管路之间距离为15m。

之所以设计以上三种模型，主要依据抽采瓦斯泵的压力和管路的直径等，因为顾桥煤矿煤质为松软性，瓦斯抽采效果不明显，高低位钻场不适合应用于此工作面，采用顺层钻孔抽采，通过地压对工作面前部煤壁的破坏，可以增加抽采效果。

根据模拟分别得出三种模型的瓦斯抽采气体流动，见图2、图3、图4。

从上面3张模拟图，可以清楚的看出顺层钻孔抽采瓦斯效果，当流量一致，抽采瓦斯管路间距越远，抽采效果越差；当抽采瓦斯管路间距一致，抽采瓦斯的流量越大，抽采效果越好。

当抽采管路超过煤层的抽采直径时，会出现抽采盲区，对工作面安全造成隐患，当流量过小时，会致使煤层瓦斯抽采效果差，得不到预期的抽采效果。

根据以上3张图，顺层钻孔抽采瓦斯的数值模拟，可以很好的得出煤矿顺层钻孔抽采瓦斯的技术参数。

11221工作面顺层钻孔抽采瓦斯参数为：抽采管路之间间距10m；每根瓦斯抽采管路中瓦斯流量为3m3／min；瓦斯泵提供压力3137Pa；瓦斯抽采管路直径
107mm；主瓦斯抽采管路直径325mm；每次抽采时间为一个工作班。

在11221工作面的1号抽采管路中安装13个顺层钻孔抽采瓦斯管路；2号抽采
管路安装9个顺层钻孔抽采瓦斯管路。

采用50m为一个抽采区段，11221共分为4个抽采区段，每个区段抽采一个工作班。

测得数据如表1。

同时检测到回风巷中瓦斯浓度为0．01%，符合煤矿安全规程的要求，在工作面设计的顺层钻孔抽采瓦斯参数基本为大部分矿井主要应用的抽采瓦斯参数，所以有相同开采条件的煤矿，都可以采用上面的设计。

11221工作面相对瓦斯涌出量为5．4m3／t，绝对瓦斯量涌出为240m3／min，根据顺层钻孔抽采瓦斯，1号抽采管路加上2号抽采管路之和，每区段抽采瓦斯抽采综合量为140m3／min，通过计算得出顺层钻孔抽采瓦斯后，煤层中瓦斯的含
量减少为原来的40%左右，可以有效地降低工作面瓦斯涌出量。

1）瓦斯抽采可以有效地降低工作面涌出瓦斯的含量、工程量小，有利于煤矿的生产。

2）瓦斯顺层钻孔之间的间距不得超过抽采半径的2倍。

3）顺层钻孔瓦斯抽采可以有效地减少工作面60%左右的瓦斯涌出量，为煤矿高效、高产提供必要的安全支持。

【相关文献】
〔1〕国家安全生产监督管理总署、国家煤矿安全监察局．煤矿安全规程，北京：煤炭工业出版社，2008．
〔2〕陶云奇，许江，等．回采工作面瓦斯综合治理技术．重庆：重庆大学出版社，2008．
〔3〕白登河．综采面瓦斯治理的实践．安全科学技术，2009．。