采空区瓦斯浓度分布及运移规律研究

采空区瓦斯浓度分布及运移规律研究

摘要:针对采空区瓦斯运移包括渗流和非均质气体的扩散两个方面的问题,利用渗流理论、气体扩散理论为基础建立起采空区风流流动数学模型,以及采空区瓦斯运移的数学模型,并采用计算机数值求解,将数值模拟结果与现场实测数据结果进行对比分析,提出了采空区瓦斯浓度分布特征及瓦斯运移规律。

关键词:综放工作面采空区瓦斯气象参数

采空区瓦斯浓度分布不但受流场速度分布影响,同时流场的速度分布又反过来影响浓度分布,这个两个问题的方程需要耦合求解。本文利用渗流理论、气体扩散理论为基础建立风流流动及瓦斯运移的数学模型,采用计算机数值求解,分析研究采场气体流动和瓦斯分布规律。

1 采空区风流流动数学模型

式(9)即为瓦斯在采空区的缝隙结构中的扩散方程,从该方程的求解过程中可以看出:瓦斯在采空区的运移可以分解成由瓦斯浓度引起的相对于平均运移的分子扩散和对流造成的瓦斯运移。

3 采空区瓦斯流场的数值计算

根据上述数学模型和计算方法,采用计算机数值求解,即可求出采空区瓦斯的流动状态及浓度的分布规律。根据矿井生产实际条件,可

将采空区划分为生产区和封闭区。其中生产采空区又可划分为独立生产采空区、邻空生产采空区。从本文所研究的某矿5404和6404综放面的实际情况看,5404采空区为独立采空区,6404采空区为进风邻空采空区。工作面长度为220 m,采空区模拟深度为410 m,采空区瓦斯浓度为25%。在正常生产条件下,5404面的配风量1100 m3/min,6404工作面的配风量1250 m3/min,数值模拟结果见表1。

4 结论

将数值模拟的结果和现场实测数据进行对比分析可以得总结出以下结论。

(1)采空区瓦斯的分布和压力分布是相互影响的。在靠近工作面的地方由于风量和风速都比较高,瓦斯迅速被带走,其瓦斯浓度相对较低;沿工作面方向,从进风侧到回风侧,瓦斯浓度总的趋势是逐渐增高的,到上隅角处增到最大。

(2)当受到相邻采空区的漏风影响时,其进风区域瓦斯含量会有所升高。

(3)采空区内部有高浓度瓦斯存在,从计算模拟结果可以看出高浓度瓦斯大部分处在采动影响区的后部,只有在回风的部分区域离工作面较近,应加强防治。

(4)风量增加,虽然使得采空区漏风范围和强度增大,但是并没有

明显增加采空区瓦斯涌出的平均浓度。

参考文献

[1] 程远平,俞其香.中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展[J].采矿与安全工程学报,2007(12).

[2] 兖矿集团有限公司.兖州矿区矿井通风安全技术[M].煤炭工业出版社,2001.

[3] 鲜学福,李晓红，姜德义，等.煤与瓦斯突出的激发和发生条件[J].岩土力学,2009(3).

[4] 谭允祯.矿井通风系统管理技术理论[M].煤炭工业出版社,1998.

[5] 朱委申,何满潮.复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施工力学[M].北京:科学出版社,1996.