采空区瓦斯流动分布规律
黄陵矿业一号煤矿采空区瓦斯规律
采空区瓦斯涌出量，在一般的回作用减小，因而瓦斯浓度增高。
在采斯浓度分布规律是否一致，考察其采采工作面瓦斯涌出构成中占有最大的空区深处，随时间的推移，瓦斯浓度空区瓦斯浓度分布规律的一般性和特比例。
特别是随着采煤工艺的进步，会日趋平均。
殊性本次工作选取了304工作面和众多的大型矿井多采用综采方式、长 2.在垂直方向。
在垂直方向上，603工作面。
壁布置，采煤量大，工作面顺槽较由于瓦斯受浮升力的作用，使采空区 1.观测方法。
本次采用采空区埋长，因此工作面瓦斯涌出量较大，采顶板附近的瓦斯浓度高于采空区底板管定点取样实测法来分析采空区瓦斯空区也较长。
而采用U 型通风加上工附近的瓦斯浓度，并且这种分布特点浓度分布情况。
测试管路系统具有以作面下隅角端头封堵不及时就不可避适用于整个采空区。
下功能：①能通过管路系统抽取各测免的导致工作面相当大的一部分风量 3.在沿工作面方向。
在沿工作面点的气样并测定气样的瓦斯浓度。
②漏入采空区，使得回风巷的上隅角瓦方向上，在漏风流影响到的区域，进相对工作面而言，随着工作面向前推斯涌出得不到有效稀释并随时有超限风侧的瓦斯随风流向回风侧运移，导进，各测点不断地向采空区后方移的危险。
研究采空区瓦斯浓度分布和致回风侧瓦斯浓度的增大；在远离工动，从而能测定出到工作面不同距离高浓度区域，对确定瓦斯抽放参数十作面，漏风流涉及不到的地方，这种的瓦斯浓度，能测出采空区瓦斯浓度分重要，它直接影响瓦斯抽放量、抽回风侧比进风侧瓦斯浓度高的分布特分布状况。
放浓度等参数。
所以，采空区瓦斯涌点并不明显。
2.埋管定点取样实测法的布置方出规律的研究，对有效地提高抽放效案。
根据试验目的和采空区的岩石冒4.在邻近层瓦斯涌入量较小的采果，消除或减轻工作面瓦斯威胁，提空区。
在邻近层瓦斯涌入量较小的采落特点以及工作面巷道支护情况，高工作面安全水平，有效地利用瓦斯空区，采空区瓦斯的分布以本煤层吸304工作面布置的测试管路系统见图资源具有重大意义。
沿空留巷综放工作面采空区瓦斯运移规律
关键词 沿 空 留巷 ； 综放 面 ； 瓦斯运 移 中 图分类 号 ： Ｔ Ｉ ） ７ ｌ ２ ． ２ 文 献标 志码 ： Ａ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ０ ７ ９ ７ （ ２ ０ Ｉ ７） ０ ４ — ０ ０ ４ ４ — ０ ３
Ｔｈｅ Ｍｉ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｌａ ｗ ｏ ｆ Ｇａ ｓ ｉ ｎ Ｇｏ ａ ｆ ｏ ｆ Ｆｕｌ ｌ ｙ－ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｚ ｅ ｄ Ｍ ｉ ｎｉ ｎ ｇ Ｆａ ｃ ｅ ｗｉ ｔ ｈ Ｇｏ ｂ －ｓ ｉ ｄ ｅ
ｌ 沿 空 留 巷 综 放 工 作 面 基 本 概 况
｝ Ｉ １ ｆ 南 矿 ｌ ４ ２ ｌ 】ｆ ｆ ｝ 巷综放 ｒ 作而位 于 ｌ ４
汞Ｉ 卜Ｉ Ｊ ｌ 尔 卜 部 ，… ＿ 已 回 采结 束 的 １ ４ １ ９ １ 综 放
Hale Waihona Puke ｌ ｆ １ Ｉ ｌ ｆ 阶段 煤 ¨ ． Ｉ ｊ ｌ ４ １ ９ １ 运输平 巷Ｉ ｉ ｉ Ｊ 隔煤 柱 厚 度 ３ ｒ ｉ ｉ ， 川 Ｊ Ｌ 。 捌 巷 的 式 进 行 巷道 布 置 ， 下 临 末
煤 矿 现 代 化
２ ０ １ ７ 耳第４ 期
总第１ ３ ９ 期
沿 空 留巷 综 放 工 作 面 采 空 区瓦 斯 运 移 规 律
冯晋 荣
（ 山 西新 景 矿煤 业 有 限责 任 公 司 ， 山 西 阳 泉 ０ ４ ５ ０ ０ ０ ）
摘 要 本 文结合 河 南 某矿 １ ４ ２ ｌ １ 沿 空 留巷 综放 工作 面 实 际 ，结合 渗 流 力学及 流体 力学理论 建立 采 空 区 瓦斯运 移数 学模 型 ， 利用 Ｆ Ｉ Ｕ Ｅ Ｎ ｒ 数 值 模拟 软 件模 拟 得 出 了沿 空 留巷综 放 工作 面采 空 区 瓦斯 运 移分 布规 律 结 果表明 ： 采 空 区瓦斯浓 度 沿深 度 方向呈 增 大趋 势 ， 回 风侧 瓦斯 浓度 高 于进 风侧 ， 上部 区
采空区瓦斯流动规律CFD数值模拟的误差分析
（ 四川省安全科 学技术研 究院， 四川 成都 ６ ０ １ ） １ ０ ６
要 ］ 以阳泉 三矿 Ｋ８０ ２ ６综放 面 为模 型 ， 用 ＣＦ 数 值模 拟 方 法对 其采 空 区瓦斯流 动及 采 Ｄ 分 布规律 进行 了数值模 拟研 究 。为 了分析 数值 模 拟 结果与 现场 实测 数据 的误 差 ， 建 立 了３ 条考察标准。考察结果表 明， 工作 面瓦斯浓度分布规律与现场实测的是 吻合 的； 回风巷 、 内错尾 巷 、 高抽巷 的 瓦斯 浓度 误 差 分别 为 ６ ５ ． ２ ％， ％、 ９ ％、５ 回风巷 、 ２ 内错 尾巷、 高抽 巷 的风 速 误 差 均 小 于 １ ％； 空 区压 实 区的风 流 流 态 为层 流 ， ０ 采 离层 区风 流 流 态为紊 流 与过 渡流 。 ［ 关键词 ］ 瓦斯流动规律 ； 数值模拟 ； 误差分析 ［ 中图分类号 ］Ｔ １￣ ２ ［ Ｄ７２． 文献标识码 ］Ｂ ［ ５ 文章编号 ］１７ － ４（ １） － ２ － ６２ ９３ ０ １ ３０ ０ ３ ９ ２ ０ ０ ０
所示 。
（） ２ 工作面采用“ ＋ ｕ 尾巷型通风方式 ”高抽 ， 巷抽采采空区和邻近层 瓦斯的条件下各条巷道的 风量及瓦斯浓度值 ， 将数值模拟结果与之对 比， 算 出模拟数值的误差 。 （） ３ 相关 资料表明Ｅ １ ］， － 采空区的离层区内风 ２ 流流态为紊流与过渡流并存 ，压实区内风流流态 为层流。 采空区多孔介质内风流流态用雷诺数 Ｒ ｅ 来 判别 。
量 扩散 。
１ 理论基础
Ｃ Ｄ模拟研究是 为了得到流体流动控 制方 Ｆ 程 的数 值 解 法 ，其 基 础 是 建 立 Ｎ ｖ ｒＳｏｅ 方 ａｉ— ｔｋｓ ｅ 程 ，对质量和动量的守恒方程进行求解 。在研究
矿井瓦斯涌出
第二章矿井瓦斯涌出 煤层与围岩属于孔隙 — 裂隙结构体。
当煤层 遭受采动影响导致煤层内存在瓦斯压力差时，煤 层中就会出现瓦斯由高压的地点流向低压的地 点。
瓦斯在煤层孔隙裂隙中的流动过程是非常复 杂的。
同时，煤层孔隙与裂隙的闭合程度对地应 力的作用也很敏感，地应力增高时，其闭合程度 增大，透气性变小，而地应力降低 ( 卸压 ) 时，裂 隙伸张，透气性系数可以增大几个数量级。
安全工程学院 李忠辉安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律1．煤层瓦斯流场分类 概念：煤层内瓦斯流动空间的范围称为流场。
在流场 内，瓦斯呈现流动，可用流向、流速与压力来描述。
1) 按流向分类 单向流动：只有一个 方向有流速，其它两 个方向流速为零。
如 薄及中厚煤层中的煤 巷周围煤壁内的瓦斯 流动。
安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律(2)径向流场：在x、y、z 三维空间内，在两个方 向有分速度，第三个方 向的分速度为零。
并且 其等瓦斯压力线平行煤 壁呈近似同心圆形。
例 如石门、竖井、钻孔垂 直穿透煤层时的流场。
安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律(3)球向流场：在x、y、z三维空间内，在三个方向都 有分速度，并且其等压力线近似为球面。
例如钻孔或 石门刚进入煤层时以及采落的煤块从其中涌出瓦斯的 流动都属于这一类 。
2钻孔/巷道 3等压线 1煤层实际井巷煤壁内 的瓦斯流场是复 杂的，是几种流 场的综合。
安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律2)按稳定性分类 按流场在时间上有无变化，可分为稳定和非 稳定两类。
¾稳定流场：流场中任何一点的流速、流向和瓦 斯压力均不随时间变化。
¾非稳定流场：流场中的流速、流向或瓦斯压力 中至少有一参数随时间变化。
煤层暴露初期的瓦斯流场都是非稳定流场(因为 瓦斯源来自于流场煤体本身所含的瓦斯 )，其煤体 瓦斯含量或瓦斯压力随时间而变化。
论述回采工作面或采区巷道中采用下行风有无危险
论述回采工作面或采区巷道中采用下行风有无危险摘要：关键字：回采工作面下行通风有无危险长期以来由于对下行风存在一些不同认识，使得下行风的使用受到了一定的限制。
随着采矿工业的发展，矿井高温、粉尘和瓦斯等灾害也日趋严重，解决这些问题的有效措施之一，就是在回采工作面使用下行通风。
因此，国内外下行通风的使用愈来愈广泛。
20世纪60年代以来，我国先后在XX、中梁山、蒲白等23个局46个矿l71个回采工作面使用下行通风。
目前中国煤矿工作面下行通风多用在缓斜、有煤尘爆炸危险、有自然发火、低瓦斯矿井。
在国外，1960年西德首先使用下行通风，以后逐年增加，原苏联顿巴斯矿区、美国的宾夕法尼亚州中部的一些矿井、日本的常盘煤矿和三池煤矿以及英国等一些国家的矿井都广泛使用了下行通风，而且比重越来越大。
但是，我们在回采工作面或采区巷道中采用下行通风有无危险？瓦斯是煤矿灾害之首，通风是瓦斯防治的基础，采用下行通风的方法对瓦斯防治及其它方面的安全管理又有起何作用？我们只有深入了解其中，才能判断其是否存在危险。
一、下行通风时回采工作面瓦斯涌出及分布规律1、东峡煤矿为低瓦斯、一级自然矿井，煤层倾角为38°～42°。
采用走向长壁倾斜分层采煤法，全部陷落法管理顶板，由于大倾角煤层回采后顶板冒落的特点，在工作面上部采空区易形成较大的空间，采用上行通风时，瓦斯极易在上隅角积聚，并长期存在，浓度最高时达3.5％，严重影响工作面的安全生产。
采用导风板、水力引流等方法均不能解决上隅角瓦斯积聚问题。
为此，在进行下行通风技术的可行性研究的基础上，于32109—2工作面进行了为期2O个月的上、下行通风试验，试验结果表明，在低瓦斯矿井条件下，下行通风技术能够有效地解决上隅角瓦斯积聚和瓦斯在工作面顶部积聚的问题，是一种经济、安全的通风方法。
2、工作面下行风时，无论瓦斯涌出地点如何、倾角多大、风速多高，由于风流方向和瓦斯浮力方向相反，完成一定的混合过程所需能量减少，使得风流和瓦斯的混合能力比相同条件下上行通风时的混合能力强，倾角越大，二者的差别愈大。
回采工作面瓦斯涌出规律及主要影响因素分析
回采工作面瓦斯涌出规律及主要影响因素分析摘要：影响采空区瓦斯涌出量的主要因素是多方面的，除瓦斯地质因素外，主要有顶板控制、回采工序、风量变化、通风方式。
通过分析回采工作面采空区瓦斯涌出现象及规律，掌握影响回采工作面采空区瓦斯涌出的主要因素，以便采取相应的瓦斯治理方法，保证采面正常回采。
关键词：瓦斯涌出规律主要因素治理10300采区采面为对拉式回采面，煤层厚度0.90m～1.30m，煤层倾角约8°,无烟煤，面长90m，走向长壁后退式炮采，单体液压柱支护，充填法控制顶板；采用上出口主进风，中间运煤巷辅助进风，下出口回风。
采面在回采过程中，多次发生过瓦斯异常涌出，严重影响了采面正常生产。
1瓦斯来源分析在开采初期，高瓦斯采面风流瓦斯浓度在0.11%～0.35%，采面回风隅角瓦斯浓度在0.35%～0.90%，采面回风流瓦斯浓度在0.22%～0.65%。
顶板初期来压后，高浓度瓦斯大量由采空区涌向回风隅角，瓦斯浓度在1.25%～9.0%，采面回风流瓦斯浓度在0.5%～2.5%，面上风流瓦斯浓度没有大的变化。
经分析可知，采面回风隅角、回风流瓦斯浓度高的原因，在于采空区高浓度瓦斯大量涌出的结果。
2 回采工作面瓦斯涌出规律通过分析资料，回采工作面瓦斯涌出量的大小与工作面所在的区域有关，受回采工艺的影响很大，并且随开采工艺的变化回采工作面瓦斯涌出的来源也有所不同，既有本煤层、本煤层采空区、邻近采空区和邻近层采空区涌出的瓦斯量不同。
2.1 本煤层与本煤层采空区瓦斯涌出开采初期，回采工作面风量充足，工作面瓦斯涌出量比较稳定，瓦斯涌出无异常现象，且瓦斯涌出量约为0.6m3/min。
开采一段时间后，采空区面积增多，煤层和围岩的瓦斯大量涌入到采空区，在通风负压的作用下，高浓度瓦斯从采空区涌出到回采工作面的回风隅角，造成回采工作面回风流瓦斯浓度超限，瓦斯涌出量高达21.8 m3/min。
2.2 邻近采空区瓦斯涌出回采工作面开采前，位于同一煤层的邻近采面已经开采结束。
采空区瓦斯运移规律数值模拟
论文题目：采空区瓦斯运移规律数值模拟专业：应用数学硕士生：李书兵（签名）_____________ 指导教师：曹根牛（签名）_____________摘要长期的生产实践证明，矿井瓦斯运移规律预测是瓦斯防治不可缺少的重要技术环节。
矿井瓦斯是煤矿生产过程中主要的不安全因素，瓦斯灾害是威胁我国煤矿安全生产的最主要灾害，所以加强对瓦斯灾害的治理是保障矿井安全、高效生产的必要前提，瓦斯的运移、分布规律对矿井的设计、建设和开采都有重要影响。
随着开采深度和产量的增加，瓦斯潜在的影响更加显著，其模拟结果的正确与否，将直接影响矿井的技术经济指标。
为此，提出了研究矿井“采空区瓦斯运移规律的数值模拟”研究课题。
本文通过对陈家山矿416工作面采空区的长期实验观测，得到了采空区瓦斯分布的数据，首先分析了该采空区瓦斯主要来源于邻近层涌入的瓦斯和本煤层开采涌出的瓦斯，并对影响采空区瓦斯运移的因素进行层次分析法分析，得出漏入采空区的氧气是影响采空区中瓦斯运移最重要的因素，其次运用数学中的迭代方法对采空区中的非线性渗流方程进行改进，划分出该采空区中不同的流态区域，最后在总结目前采空区瓦斯运移特点、运移规律预测及数值模拟的研究的基础上，建立采空区与巷道风流流动场方程的数学模型，运用FLUENT软件进行数值模拟，以图形的方式展示了采空区瓦斯的分布规律，为采空区瓦斯治理及工作面瓦斯治理提供了可靠的理论依据。
关键词：采空区；瓦斯；层次分析法；迭代；数值模拟研究类型：应用研究Subject ：Numerical Simulation of Gas Migration Rule in Goaf Specialty ：Applied MathematicsName ：Li Shubing (Signature) ______________ Instructor ：Cao Genniu (Signature) ______________ABSTRACTThe long-term production proved that the prediction of migration rule of gas in mine prediction is an important and indispensable technology for mine's prevention and control link. mine gas is the main factors of insecurity in the process of coal production, Gas disaster is the major disaster of threat to China's mine safety production.so it is a necessary prerequisite to strengthen the governance of gas disaster for protecting the mine safety and efficient production and it is a significant impact to gas transport and distribution for mine design, construction and mining. With the increase in mining depth and production,gas potential impact will have more significant and the simulation results of the right or wrong, it will directly affect the technical and economic indicators of mine.Toward this end,we made a study of “Numerical Simulation of Gas Migration Rule in Goaf”.This article have goaf gas distribution data through the long-term experimental observations in the Chenjiashan Mine Goaf 416 face.First of all we analysis the gob gas mainly from the adjacent layer of the influx of gas and the coal seam gas emission and use AHP to analysis the factors affecting goaf gas migration，and found oxygen gas in goaf is the most important factor to affect the gas transport Second, we use the iterative method in mathematics to improve the nonlinear flow equations in goaf and carved out the different flow pattern of regional.Finally,we establish Merry mathematical model of flow field equations in the goaf and the roadway based on the study of summarizing the current characteristics of goaf gas migration, migration laws of prediction and numerical simulation. This article use FLUENT software for numerical simulation in order to display goaf gas flow distribution in graphical. Provides a reliable theoretical basis for gas governance and management.Keywords:Goaf Gas Analytic Hierarchy Process Iteration Numerical Simulation Thesis : Application Research1 绪论1.1 选题背景煤炭是我国一次能源的主体，煤炭工业承载着经济发展、社会进步和民族振兴的历史重任，是现代工业的血液，同时煤矿安全工作是全国工业安全工作的重中之重。
采空区瓦斯流动分布规律研究报告
基于采空区的瓦斯流动分布规律研究摘要：近年来,随着我国煤矿开采深度的增加、煤与瓦斯突出事故的增多,让我们更加重视对采空区瓦斯运移规律的研究。
回风隅角瓦斯超限现象在我国众多高瓦斯矿井中普遍存在,是影响矿井持续、稳定和安全生产的重要原因和事故隐患。
为了探讨上隅角瓦斯聚积的根本原因,根据渗流理论，对采空区顶板裂隙变化及瓦斯流动规律进行了理论分析和数值模拟,通过建立采空区瓦斯渗流和分布的数学模型,定出边界条件,对采空区瓦斯流动分布规律进行研究,为分析上隅角瓦斯浓度分布和预测上隅角瓦斯浓度提供了理论依据,对上隅角瓦斯的防治和煤与瓦斯突出预测具有实际意义。
关键词：采空区、瓦斯运移规律、上隅角、渗流理论、数值模拟0 引言煤炭行业是支撑我国国民经济发展的重要基础工业，经过几十年的发展，已经有了雄厚的基础。
据专家预测，在我国未来一次能源消费中，煤炭仍将占主导地位，即使到2050年，煤炭在我国一次能源消费结构中的比例也不会低于35%，届时，煤炭消费量仍将达到20多亿吨。
因此，煤炭在国民经济和社会发展中仍将占重要地位，煤炭工业仍将是21世纪我国能源工业的主力军。
在这个大的背景下，煤炭产量的不断提高已经成为不可逆转的大趋势，近年来综合机械化采煤设备得到了大力推广，高产高效矿井逐年增多，煤炭行业的整体形势有了很大的改观。
为保证国民经济和煤炭工业持续、稳定、健康发展，建设高产高效矿井，提高采掘机械化水平，是我国煤矿发展的必由之路。
随着煤炭科学技术的发展，高产高效矿井数量大大增加，部分矿井经过技术改造，通过进行综合机械化装备，矿井的年产量有了很大的提高。
由于综合机械化采煤开采强度比较大、生产集中、推进速度快，造成采空区涌出空间比较大，而上隅角瓦斯主要来源于采空区,并由经漏入采空区的微弱风流带入回采工作面。
在回采工作面与回风巷交界处形成高浓度瓦斯积聚的区域,即上隅角瓦斯积聚区。
所以通过对采空区瓦斯运移规律的研究，使得采空区瓦斯得到有效的治理，从而解决上隅角瓦斯超限等问题，以充分发挥综合机械化采煤的优势，实现真正意义上的高产高效。
综采采空区瓦斯运移规律及抽采研究
瓦斯 超 限 ， 更为严 重 地还 导 致成 分 区总 回风 巷 瓦斯 超 限 ， 重 威胁 到整 个 矿 井 的安 全 生产 ． 于前 人 关 于采 空 区 瓦斯 运移 的 研 究 成果 ， 严 基 采
用ＦＵ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ数值模拟研究 了某煤业公 司的 ２ ２ 综采工作 面采空区瓦斯运移规律 ， ３８ 并采用同样 的方法数值模拟优化研究 了上隅角瓦斯
程、 质量守恒方程等． 了便于对组成采空 区卸压 瓦斯 为 运移数学模型中层流与湍流流动方程（ Ｎ ． 模型） Ｒ Ｇｊ ｝ 、 连续性方程（ 用渗流速度表示 ）动量守恒方程 、 、 瓦斯质 量守恒方程等主要控制方程进行分析 ， 把瓦斯涌出作 为质量源项加到连续方程中， 并用同一程序对各方程 进行 求解 ， 到各控 制方 程 的通 用形 式翻 得 ：
率等开采因素 ， 及工作面风压 、 风量 、 采空 区内风流分 布规律 、 工作面与采空 区联通程度 、 采空 区内 冒落压
实程度等通风阻力因素影响 ． 一般情况下 ， 如果未受 抽采或采动影响，采空区内空气的压力一般在 １ １ × ． ３ ０
１ ａ ０Ｐ 左右 ，而瓦斯压力 可能高达 １ １ ０ １ １ × ． ３ １６ ． ３ ０ Ｘ ０
第 ２ 卷第 ２ ５ 期 湖南科技大学学报（ 自然科学版 ） ２ １ 年 ６ Ｊｕ ａ ｏ Ｈ ｎｎＵ ｉ ｒｔ ｏ Ｓｉ ｃ ００ 月 ｏ ｒ ｌ ｆ ｕａ ｎ ｅ ｉ ｆ ｃ ｎｅ＆Ｔｃｎｌ ｙＮ ｔ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄｉ ） ｎ ｖ ｓｙ ｅ ｅｈｏ ｇ（ａ ｒ ｃ ｎｅＥｉ ｎ ｏ ｕｌ ｅ ｔ ｏ
型通风方式 ，工作面 回风量为 １ ０ ０ Ｓ ｉ， ０ １ ０ ／ ｎ 绝 ０ ５ ｍｍ
对瓦斯涌出量为 ｌ —１ ｍ／ ｉ ４ ６ Ｓ ｎ ｍ ．
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作者：刘义磊黄素果来源：《科技资讯》2012年第29期摘要：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中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0048-02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在矿井通风系统中，风流的流动可分为管道流动和采空区冒落区域内的流动。
在采场内的管道流动时风压稳定，各处的压力差值相对很小，不考虑温度的变化影响，此时风流流动可以看作不可压缩流体的稳定流动，符合连续方程。
而采空区的冒落区域被破碎的岩石填满，岩石之间形成多处缝隙，风流在这些缝隙中流动的速度很低，可看作是渗流，在忽略结构变形的影响时，符合达西定律：。
式中：V为渗流速度；为渗流场压力；k为渗流系数。
因此可以得到风流在采空区范围内稳定流动的微分方程：由于在实际的流场分布中风速测量起来比较简单方便，因此选择第二类边界条件作为求解条件，此时该方程存在定解的充要条件是：式中：为工作面或沿空巷与采空区交界面上采空区侧任意两点的压头差，m；为工作面或沿空巷内和相对应的静压差，Pa；为工作面或沿空巷内和相对应的标高差，m。
式（1）、（2）联立即可对采空区风流流动的数学问题进行求解。
2 采空区瓦斯运移数学模型采空区的气体状态可以视为一个由瓦斯和空气这两种元素构成的系统，将瓦斯用字母来表示，将空气用字母来表示。
综放采空区瓦斯流动规律数值模拟研究
山西煤炭 Ｓ ＮＸＩ ＨＡ ＣＯＡ Ｌ
Ｖ １３ ＮＯ． １ ｏ． １ １ Ｎｏ ．２ ｖ ０１ １
文章编号 ：６ ２ ５ ５ （０ １ １－ ０ ７ ０ １７ — ０ ０ ２ １ ） １０ ５ — ３
综 放 采 空 区 瓦 斯 流 动 规 律 数 值 模 拟 研 究
ｌ
ａ ｔ
（
ｄ ｘ
＋ ） 一ｍ ｄ： （ （ ＿ ａ － ＋（
ａ ｙ ａ ｚ ａ ｘ
ａ） ） ）Ｐ ｗ （ｗ 軎（ｗ ＋ ａ ＋ ａ 一 ＋ ａ
式中 ： Ｐ是静 压 力 ； Ｆ是质 量力 ，包 含 附加 的 动量 损
采 空 区瓦斯 流 动 非 常复 杂 ， 受 多种 因素 的影 它 响 ， 漏风 、 如 温度 、 力 、 浮 瓦斯 密度 以及 采 空 区孔 隙 率等 。 因此 ， 究 瓦斯 在 采 空 区 的流动 ， 需 要做 一 研 先
范红 伟
（ 山西煤炭职业技术学 院 ， 山西
摘
太原
００ ３ ） ３ ０ １
要 ： 用 Ｆｕｎ 模 拟软 件 ， 采 ｌｅｔ 选择 标 准双 方 程模 型 ， ｕ 型 和 Ｕ＋ 对 Ｌ型 通 风 方 式 下 综放 采 空 区 瓦斯 流 动 进 行 数 值
模拟 ， 究其分布规律 。模拟 结果表明 ： 研 在走向方向上 ， 自然堆积 区到压 实稳 定区， 从 在倾斜方向上， 从进风侧到 回风侧 ， 在垂直方向上 ， 从底板到断裂带最上部 ， 瓦斯 浓度逐渐增大 ； 隅角瓦斯 浓度 由 ｕ 型的 １％下降到 了Ｕ＋ 上 ３ Ｌ型的 ０６ ． ％左 右， 大大降低 了上隅角瓦斯浓度 ， 有效 的解决 了瓦斯超限 的问题。
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ａ ｌ ｗ ｏ ｎ ｄ —ｕ ｒ ａ ｎ ｅ ｈ ｎ Ｌ ｖ ｎ ｉ ｔ ｎ ｗ ｓ ｓｍｕ ａ ｅ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｇ ｓ ｆ ｆ ｍｉ ｅ — ｔ ａ ｅ ｓ ｕ ｄ ｒ ｔ ｅ Ｕ ａ ｄ Ｕ＋ ｅ ｔ ａｉ ａ ｉ ｌ ｔｄ ｗｉ ｏ ｏ ｌ ｏ ｈ ｓ ｎ ａ ｄ ｔ ｏ —ｑ ａｉ ｎ ｍｏ ｅ ｔ ｌ ｅ ｔｓ ｆ ａ ｅ ａ ｄ ｉ ｉｔ ｂ ｔ ｎ ｗａ ｔ ｄ ｅ ． ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｔ ｄ ｒ ｗ — ｕ ｔ ｄ ｌｗｉ Ｆ ｕ ｎ ｏｔ ｒ ｎ ｔ ｄ ｓ ｉ ｕ ｉ ｓ ｓ ｉｄ Ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｅ ｕ ｔ ａ ｅ ｏ ｈ ｗ ｓ ｒ ｏ ｕ ｏ ｓ
综采工作面瓦斯涌出及分布规律分析
图 ２工作面倾斜方向瓦斯浓度 分布图
・
பைடு நூலகம்
（ ５ ）沿走向方 向的瓦斯浓度分布规律 。 在 工作面 上半部 ， 瓦斯 浓度 由煤壁 向采空 区迅速减小 ； 在工作面 下半部分 ，瓦斯浓 度由煤 壁至采 空区由大到小 、再到大 ，呈一倒 “ 马
鞍 ”形 。
Ｉ １ ３ ｌ ｌ ８ 工作面采用走 向长臂综合机械化放顶煤，全部垮落法管 理顶板的采煤方法，平均采 高 ２ ． Ｏ ｍ 。工作面 以 ｕ 型方式通风 ，计划 配风量 ９ ５ ０ ｍ 。 ／ ｍ ｉ ｎ 。 工作 面瓦斯采用抽放和风排相结合 的方法 ，以瓦 斯抽 放为主解决瓦斯问题。
（ ３ ）瓦斯抽放对瓦斯浓度分布规律 的影 响。石台矿 Ｉ １ ３ １ ｌ ８工 作面瓦斯采取 的抽放措施有 ：采前顺层 孔预 抽，采 空区埋管及 高位 孔抽放 。沿工作面倾斜方 向，瓦斯浓度从进 风到 回风 瓦斯浓度逐渐 增大且尤其距 回风 ３ ０ 米左右 瓦斯浓度较 高。究其原 因是 因为靠近 回风侧 的风流 的瓦斯是前 面巷道 瓦斯涌 出和 当前巷 道瓦斯 涌 出之 和 ，故瓦斯浓度逐渐增大 。且进风侧 由于风压 的影 响采空 区瓦斯不 能涌入工作面 ，而到靠近 回风侧时 ，随风压 的减少采空 区瓦斯涌入 工作面导致工作面瓦斯浓度增大 。而采空 区抽放可 以有效地降低采 空区瓦斯的含量 ，所 以可 以降低后一种原因对工作面瓦斯浓度增大 的影响。 沿工作面走 向方 向，瓦斯浓度 由煤壁至采空 区由大到小 、再到 大，呈一倒 “ 马鞍 ”形 ，是因为煤壁和采空 区都会有瓦斯涌出 ，所 以瓦斯浓度会出现这样的规律 。而采前预抽和采空区抽放可 以有效 地降低煤 壁和采 空区的瓦斯涌 出，所 以抽放会减弱这种变化 。 （ ４ ） 采煤机割煤时采面瓦斯分布的不稳定性。 当采煤机割煤时， 采 面瓦斯 大体上仍符合上述规律，但瓦斯涌 出更加不均衡 。通过采 煤机在 不同位置 时，对测点的澳 ４ 量发现， 由于采煤机位置 不断改变 且 时采 时停 ，其 位置 改变对采 面瓦斯分布影响较大，当采 煤机 由进 风侧 向工作 面中部割煤过程中，采面瓦斯涌出量增幅不大。当采煤 机在工作面 中部 继续向回风方 向割煤时，此范围内，原来漏入采空 区的风流携 带瓦斯 逐渐 返回采 煤工作面，使 采煤工作 面瓦斯涌出量 逐渐增加 。 在靠近 回风 ３ ０ ｍ 范围内， 采煤机在此段采煤 、 推 留、移
矿井瓦斯涌出及瓦斯喷出
dm描 （ 单D述 位Fdidc气 时kcl）体 间d于扩 内t1散 通8现 过55象 垂年的 直发宏 于现观 扩的规 散。律方包，向括这的两是单个生位内理截容学面：家积（菲的1）克扩在散
式中：dm——微单元上的瓦斯扩散物量质流，量m（3/称m为2；扩散通量Diffusion flux，用J表示）
煤层瓦斯含量： W（m3/t）
相对瓦斯涌出量： q（m3/t）
煤层中包含的游离瓦斯和吸附瓦斯总量。
开采煤层的瓦斯涌出量。q=（W0-Wc）<W0 邻近煤层的瓦斯涌出量。q=ηm0/m（W0-Wc） 围岩的瓦斯涌出量。
单一煤层开采时，q<W； 煤层群（含瓦斯围岩）开采时，q<W，或q=W，或q>W。
二、瓦斯涌出量及其主要影响因素
15m
V=0.5m/s
V=2.2m/s
30m
450%% 310%% 200.5%% 109.2%% 5% 1%
二、瓦斯涌出量及其主要影响因素
4. 回采工作面的瓦斯涌出
回采工作面瓦斯涌出构成：本煤层、邻近层、采空区的瓦斯。
二、瓦斯涌出量及其主要影响因素
5. 影响瓦斯涌出的主要因素
（1）自然因素
① 煤层和围岩的瓦斯含量
一、煤层瓦斯流动基本规律
3. 瓦斯渗流运动及达西定律（Dacy Law）
瓦斯在小孔(>1μm)以上的孔隙或裂隙内的运移，可能有两种形 式：层流与紊流，层流又分为线性渗透层流与非线性渗透层流，各 服从不同的规律。
低雷诺区 （Re<1~10）
线性层流：粘滞力占 优势，符合达西定律。
中雷诺区 非线性层流：服从 （Re：10~100） 非线性渗流定律。
工作面采空区瓦斯分布及涌出规律
工作面采空区瓦斯分布及涌出规律李军【摘要】分析4303工作面采空区内瓦斯分布及涌出规律,根据工作面煤层围岩特性,制定了下采空区气体观测方案,并提出了采用调压的措施.【期刊名称】《山西冶金》【年(卷),期】2018(041)006【总页数】3页(P43-45)【关键词】采空区;瓦斯分布;瓦斯涌出规律【作者】李军【作者单位】山西汾西瑞泰正中煤业, 山西灵石031300【正文语种】中文【中图分类】TD712+.51 工程概况四采区位于井田的东中部，地表位于工业广场以北，井下东起F8断层与二采区相邻，西至八里铺东断层与六采区相接，北部为十四采区，南靠井底车场。
采区东西宽1.0 ～1.2 km，南北长1.6 ～1.8 km。
3下煤层全区发育，3下煤层在采区西北部冲刷无煤，无煤区东西宽约0 ～0.9 km，南北约0 ～1.1 km，近似三角形面积约为0.66 km2。
其中43上03工作面位于四采区西部，3上辅助运输巷北侧，西临八里铺东断层，东临43下02工作面（未采），南至设计停采线，北至预测冲刷边界，下部为已回采的43下03综放工作面采空区。
43上03工作面埋深平均533 m。
走向长980 m，倾斜长74 m。
煤厚平均2 m，煤层倾角3°～5°，煤层顶板直接顶为2.8 m的泥岩及粉砂岩，老顶为8.5 m厚粉砂岩及粉细砂岩互层，无伪顶，直接底为0.51～3.0 m泥岩，老底为1.44～4.07 m的粉砂岩。
瓦斯含量低级，但根据4303、4302综放工作面回采时的情况，该区域是瓦斯涌出异常区域，瓦斯含量相对较高，回采对工作面回风隅角CH4含量最高达8%以上，回风巷达0.3%。
2 巷道掘进期间3下采空区气体分布2.1 下采空区气体分布观测1）巷道掘进期间气体涌出情况。
由于43上03工作面位于4303采空区上部的裂隙带中部，3上煤层有众多的裂隙与3下采空区沟通，而且是在瓦斯含量相对较高的采空区上部，所以采空区顶部的高浓度瓦斯，在风压分配不合理的情况下，极有可能短期从底板大量涌出，对安全有一定威胁，特别是43上03辅顺在掘进过程中，危险性更大[1-2]。
采空区瓦斯移动规律及抽放应用分析
因素 ： 地 质赋 存 因素 ， 包 括 邻 近 煤 层 瓦 斯 的 压力 、 层 间岩 石 的力 学性 能 、 邻 近煤 层 的瓦斯 渗 透性 能 、 分 层 间的岩 性 、 邻 近煤 层 瓦 斯 的含 量 及邻 近煤 层 的厚 度 等； 开采 因素 ， 包 括 煤 层 开采 的强 度 、 工 作 面 的 回采 工艺 及综 采工 作 面煤 的 回收率 等 ； 通 风 阻力 因素 ， 包 括采 空 区 内 冒落 层 的压 实 程 度 、 采 空 区 内风 流 的散
采 空 区瓦斯 是 回采工 作 面瓦斯 涌 出的 主要来 源
式 中， （ ｐ ）为 瞬 态 项 ； ｄ ｉ ｖ（ ｐ ｕ ）为 对 流 项 ；
ｄ ｉ ｖ （ Ｆｇ ｒ ａ ｄ ６ ｂ ） 为 扩散项 ； 为源项 。 在 既定 的方 程 中 ， 、 Ｓ和 ，有 着 特定 的表达 形
布规 律 、 工作 面 的配 风 量 和 风 压及 工 作 面 与 采 空 区 的联 通 程度 等 。此 外 ， 当地 面 大气 压 发 生 变 化 时 会
２ 采 空 区瓦 斯 运 移 规 律 数 学模 型 建 立
２ ． １ 工作 面概 况
薛 湖煤 矿 ２ ３ ０ １ 综 采工 作 面煤层 厚０ ． ８～ ３ ． ３ ｍ， 平均为 ２ ． ７ ３ ｍ， 煤层 结 构 简单 ， 煤 层 倾 角 为０ 。 － ４ 。 ， 平均为 ２ 。 ， 走 向长 １ ７ ８ ｍ， 倾 斜长 １ １ ３ ２ ｍ， 面 积 为 ２ ０ ０ ５ ９ ０ ． ４ ｍ ， 工 作 面范 围 内煤 层 赋存 稳 定 ， 属 简单 结 构 中厚 稳定 煤 层 。局 部 有 底 板 隆起 ， 造成 煤层 变 薄， 对 回采 有一 定 影 响。煤 质为 贫煤 ， 煤岩 类型 以亮 煤为主 ， 硬 度 较大 ， 为 Ⅱ类 ， 构造 煤 不 发 育 。采用 走 向长壁 后退 式采 煤 法 ， 主采 二 层煤 ， 采用 ｕ型通 风
及近距离煤层群综采采空区瓦斯涌出规律及防治技术实践
壕 评
一
＼
抽 采 参 数
＼
实施前
０ ～ ０ ． Ｏ ２
Ｃ Ｈ ％
实施后
Ｏ ～ ０ ． ０ ２
１ １ ９ ２机 巷
１ １ ９ ２工作面上隅角
１ １ ９ ２风巷 钻场 断面中线
１ １ ９ ２机 巷 沿 空护 巷 段
Ｏ ． ８ ０ ￣ ２ ． ６
！
空护巷段进 回两端漏风通道 的风压差 ， 采取降低 １ １ ９ ２ 机巷沿空护巷段 回
＿ Ｊ
题
风②风压。见图 ５ ａ 和图 ５ ｂ 。 结合现场调查分析 ， 考虑到 １ １ ９ ２ 综采工作面主要是 ｕ形通风系统和 机巷切块沿空护巷顶板脱层采空区漏风 ，必须对工作面采空区在煤层走
ｚ 综 呆 面 ｌ ∥ ／ 采 空 区 ／
／ ｉ １ １ ９ ２ 机 巷
引起 瓦斯浓度超 限，在工作面预先布置抽放竖路 ， 最前 面一个竖管距工
作面一定距离 （ 按实际情况确定 ） ， 竖直安装 ， 底面用三通与抽放管路连 接。竖管一般长 １ ～ １ ． ５ ｍ左右 ， 顶端封闭 ， 在顶部均匀钻一些小孔 ，用纱 布包好 ，放人采空区抽放。见图 ４ 。 从表 ２可 以见 ， 埋管法对抽放采空 区上隅角瓦斯具有独特的作用 ，
１ １ ９ ２机巷沿空护巷段
０ ． １ ０ ～Ｏ ． ２ ０
Ｏ ． １ Ｏ ～Ｏ ．蓥 隧复 旦掉 凰盎 量窒查问
一
窃 － Ｉ —－ — ＿ ｒ ］
／ ／
４ ． ２ 采空区埋管 瓦斯抽采和采空区均压技 术 ４ ． ２ ． １采空区埋管瓦斯抽采 为减少采空区瓦斯涌人工作面 ， 特别是减少工作 面上隅角瓦斯浓度 ，
基于数值模拟的采空区瓦斯分布规律研究
（ Ｌ ｉ ａ ｎ ｙ ｕ ｎ ｇ ａ ｎ ｇ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｇａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｓ ｅ ｅ ｍｓ ｑ ｕ ｉ ｔ ｅ ｓ ｅ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ， ｅ ｓ — ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｗ ｉ ｄ ｅ ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｕ ｐ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｒ ｎ ｅ ｒ ｇ ａ ｓ ｅ ｘ ｃ ｅ ｅ ｄ ｓ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ａ ｋ ｅ ｙ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｔ ｏ ｐ ｒ ｏ — ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｔ ，ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ，ｓ ａ ｆ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｍｉ ｎ ｅ ．Ｔ ｏ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ ｕ ｐ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｅ ｒ ｇ ａ ｓ ａ ｃ ｃ ｕ — ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｗａ ｓ ｄ ｏ ｎ ｅ Ｏ ｉ ｌ ｇ ａ ｓ ｍｉ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｗ ｉ ｎ ｇ ｏ ａ ｔ ＂ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｉ ｎ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ．Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｓ ｄ ｏ ｎ ｅ ｏ ｎ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｓ ｅ ｅ ｐ — ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｏ ｆ ｇ ｏ ａ ｆ ，ｆ ｌ ｏ ｗ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｏ ｆ ｇ ｏ ａ ｆ ｗａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ Ｉ ｔ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｕ ｐ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｒ ｎ ｅ ｒ ｇ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ
论采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法的研究
论采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法的研究摘要:随着煤矿生产规模的不断扩大与开采能力的提升,采空区瓦斯涌出问题日渐严重,目前一些矿井采空区瓦斯涌出量已经达到全矿井瓦斯涌出总量的50%、甚至70%,极大地增加了矿井的通风负担与潜在危险隐患。
本文在分析生产采空区与封闭采空区瓦斯涌出的不同成因及其分布规律的基础上,提出了采取技术成熟、高效可靠、有针对性的抽放措施,保障井下作业能顺畅、安全进行的具体方法。
关键词:采空区瓦斯分布抽采方法1 采空区瓦斯涌出概述采空区的瓦斯涌出主要来自现采区与已采区这两个部分,目前我国多数矿井的采空区瓦斯涌出量都在全矿井瓦斯涌出总量的20%～45%左右,然而随着煤矿生产规模的不断扩大与开采能力的提升,采空区瓦斯涌出问题日渐严重,一些矿井采空区瓦斯涌出量已经超过全矿井的50%,个别矿井甚至达到了70%,极大地增加了矿井作业的通风负担与潜在危险隐患。
因此,管理人员必须在深入理解采空区瓦斯涌出成因的基础上,全面掌握其分布规律,并采取技术成熟、高效可靠、有针对性的抽放措施,以保障井下作业能够顺畅、安全地进行。
2 采空区瓦斯分布的规律分析采空区瓦斯的分布规律主要与煤层开采情况及赋存条件有关,下面将分别对生产采空区与封闭采空区的瓦斯分布规律做一简单分析。
2.1 生产采空区瓦斯分布规律分析由于煤层和围岩在开采过程中会发生移动变形,使煤层在卸压后透气性增加,同时也使围岩的裂隙呈扩张的趋势,此时瓦斯便可能通过围岩裂隙渗入开采工作面与采空区。
岩层随生产采动作用沿倾斜方向发生移动,并逐渐引起缓慢下沉及破坏,促使底层应力的分布发生改变,并最终导致弯曲下沉带、裂隙带及冒落带自上而下依次出现。
通常弯曲下沉带的煤层与岩层都是非破坏性的,而仅仅呈现出整体的弯曲下沉和弹塑性形变,其瓦斯涌出至采空区的量也非常低。
裂隙带中的煤层中部分瓦斯在压力作用下通过贯通裂隙进入采空区,其涌出强度由上至下逐渐增强,大量聚积在采空区顶板附近。
示踪气体的CFD模拟分析采空区瓦斯流动规律
２２ 示踪 气体 的选择 ．
为 Ｃ Ｄ模 拟 选 择 合 适 的 示 踪 气 体 需 要 符 合 以 下 标 准 ： Ｆ
近东 西，倾 向南 ，倾 角 ８ 。～１。 ５ ，平 均 １ 。 ２ ，东西走 向长约
砂质泥岩。该长壁工作 面在开切 眼处 的标高 为 一 ２ ｍ，而 ４０
收 稿 日期 ：２ １ ０ — １ ０ ０— ８ ２
２ ３ 初 始模 拟条件 和参 数 ．
基 金项 目 ： 国家 重 点 基 础研 究 发 展 计 划 ９ ３项 目（ ０ ５ Ｂ ２ ５ ３ ７ ２ ０ Ｃ ２ １０ ）
究 ，文章介 绍 了利 用 Ｃ Ｄ采 空 区气体 流 场模 拟软 件模 拟 分 析 瓦斯 在 采 空 区 中的 流动 规律 ，通过 Ｆ 示踪 气体 的 Ｃ Ｄ模 拟 分析 ，掌握 了 １ １ ８工作 面采 空 区瓦斯 流 动规 律 ，为工作 面建 立合 理 的通 Ｆ ３１
风 方 式 以及 进 行 采 空 区 瓦 斯 抽 采 提 供 了依 据 。
煤
炭
工
程
２１ ０ 第 １期 １年
示 踪 气 体 的 Ｃ Ｄ 模 拟 分 析 采 空 区 Ｆ 瓦 斯 流 动 规 律
郑 竹林
（煤 炭科 学研 究 总 院 重庆 研 究 院 ，重 庆 ４０ ３ ） ０ ０７
摘
要 ：为 了加 强采 空 区瓦斯 的 治理 ，需要对 工作 面后 方采 空 区瓦斯 流动 和分 布规律进 行研
作 者 简 介 ：郑竹 林 （ ９３一） １６ ，男 ， 四川 广 安 人 ，高 级工 程 师 ，现 在 煤 炭 科 学 研 究 总 院重 庆 研 究 院 从 事 煤 矿 安 全 装 备 研 究工作 。
采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采措施
压力作用下进入采 空 区 ， 瓦斯 涌 出强 度随贯通 裂 隙 自 下而上逐渐 减弱而 衰减 ， 积聚 在采空 区顶板 裂 隙带 的
采空 区和上 隅角抽采方法很多 ， 常情 况下 ， 通 可采 用顶板走 向钻孔抽采和 上隅角埋管抽采联合 的抽 采方
法 。采用 顶板走 向钻孑 法时 ， 场距离 煤层 顶板上 方 Ｌ 钻
层 应 力 重新 分 布 。这 种 移 动 和 破 坏 随 着 与 开采 层 距 离
区瓦斯抽采应该通 过钻孔 、 以裂 隙为通道 使抽采 负压 能够加速瓦斯解 吸 ， 再通过 煤壁裂 隙和 顶板裂 隙流入 抽采钻孔 ， 这是能抽到高浓度 瓦斯 的原 因。 生产采空区抽 采普遍 采用 的方法 主要有 瓦斯道抽 采法、 钻孔抽采法 、 导人法 、 管抽采 法 。生 产采 空 区 埋 瓦斯抽采 的应 抽强 度与采 面产量 、 量 、 进距 离、 风 推 瓦 斯 涌出量的大小 、 大气 压力 的变化 以及采 空区三 带分 布状况 等 因素 的影 响有 着 密切关 系。条件 不 同 的采
工作 面测 定 ， 工 作 面 正 常 开 采 时 ， 空 区瓦 斯 涌 出 量 在 采
占工作 面总涌 出量的 ５ ． ％ ； ６ ４ 工作 面检 修时 ， 空 区 采 瓦斯涌出量 占工 作 面瓦 斯 总涌 出量 的 ６ ． ％ 。在 采 ５２ 空区距离工作 面 ２ ｍ范围 内， ０ 瓦斯浓度波动较大 ， 浓 且 度偏 低 ； 在距离工 作面 ２ ５ ｍ范 围内， ０～ ０ 采空 区瓦斯浓
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的三维非线性渗流方程： " ! ! " （(） ’ / # ! 00 " ・ " 1 ( ! — —多孔介质孔隙度， — —介质颗粒形状 式中： 1 — "— 系数： 根据假设（0） ，渗透率 ’ 由二阶张量蜕化成标 " 量系数 2 ， / & ) & ，于是方程（(）变为 $ ! ! 3 # ! " 0 " "! (! (2 (12 ) （4）
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将全部有限元合成到方程： ［ /］ ｛ $ ｝( ｛1 ｝ 式中： ［ / ］— — — 4 + 4 阶矩阵； — —节点个数； 4— ｛ — —节点 $ 值构成的列向量； $ ｝— — —有限元个数； 5—
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! （3） 0" " " (! (2 (12 ) 于是二维平面非线性渗流的求解问题，归结为求具 & ! 有下述边值条件的流函数微分方程问题： （2） $ # # ( ! 0 " ") " (2 (12 #, # ! "! # $ # ! "! # # 6 # 0 # # )# # # 0 # # )# ] [ ( 0 (# ) ( ) ( ) ( ) #* [ ( (2 0 (12 $ * , ,] # # # * , (2 (12 * , $ # # # #
"
（#*）
计算取 $ & -.-#$ /，另外 % & # ’
# ；依照采空区各 89 处矸石冒落情况和顶板下沉情况，求得碎胀系数 89
（ & ， ’ ）后，再 求 得 " ； ! & ,.8# / 1 2，" & #$.* + #- ’ * /! 1 2， # & #.)。本计算中 89 （ & ， ’ ）参照图得 到其取值。对应于 89 & #.)8，#.!)，#.%(，#.##，则 " & -.--$%)， -.---$， -.--#%， -.----#。 依 据 计 算 值，对采空区流场进行雷诺数检验。其结果是：最 大雷诺数 :" /49 & !*)，属紊流状态；在压实区雷诺 数 :" /49& -.-%$，属层流状态；在采空区靠工作面 后一定范围内，雷诺数 :" /49 & -.)* 0 !#，属过渡流 与紊流状态。
(
!"$ 根据我国各煤矿工作面的冒落高度与采空区长 度、宽度相比较小；同时层间漏风较小（ 5 06 !4 $ ，可以将采空区瓦斯运动视为二维平面渗流。 !78） 于是上式可以变为： & & $ # ) 0# + # #* #, 即： & $# # #*
*
(
! 0 " " （ " ) 0 " + ）（9） ) (! (2 (12 )
!
研究中所采用的基本假设
上隅角瓦斯来源于采空区，采空区内瓦斯是在
多种气体混合、复杂条件空间内运移的。瓦斯的运 移和分布受多种因素的制约和影响。正由于井下条 件的复杂性和多变性，所以要从宏观和空间的角度 来理解 采 空 区 基 本 参 数 和 H106I 定 律、 J*6K 定 律。 从总体和平均的意义上来看待和分析处理采空区内 瓦斯遵循的运动规律。通过以下几点简化，能更好 地抽象出研究对象，明确研究目标，深化研究的内 容。 （!）非均质和各向同性假设； （#）气体为不可压缩理想气体。
收稿日期：#$$#@!!@#!；修回日期：#$$#@!#@#"
（!）
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中国地质灾害与防治学报 ABCDEEFC GHABHAIHBIH JF KIDEABH LFM*IC
(664 年
! —平均调和粒径，! !"# 对于在层流状态下，即 "# 很小时，多孔介质 内流体流动遵从达西定律； ! " #$ % &
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式中：!— — —采空区二维平面域， — —给出压头 * 分布的采空区边界。 &! — !"# 利用有限元方法，把整个二维平面域 ! 划分 成若干三角有限元，在每一个有限元 ! 中都满足方 程（#$） ，借助于有限元插值函数： " " " …… % ( #， !， %， $ ( ’% $% 式中： # " !， % $ % ( ! +（ ,) # -)& # .)’ ） ) ( #， " 式中： /" %0 ( 1" 0 (
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（06） （06）即为二维平面问题非线性渗流函数微分方程。 !"& 对于实际采空区渗流问题，一般给出 4 个边界 条件： （0）边界的压头 & 分布（实测得出的工作面 的压力分布） ； （(）边界上的速度分布或局部边界节 点的风速（局部漏风处） ； （4）边界上的 # 值（在 相联的不透风边界上具有相同的 # 值） 。 在条件（0）下，利用（4）式和（1）式整理计 ! 算可得二维平面情况下且当! 1% 4 时，
煤矿瓦斯是煤矿生产过程中可能引起严重灾害 的一种气体。加强对瓦斯灾害的治理是保障矿井安 全、高效生产的必要前提。在生产过程中，采空区 及其上隅角是瓦斯积聚的高发区。煤体逸出的瓦斯 和浮煤析出的瓦斯，导致工作面和上隅角瓦斯浓度 超过安全控制限。由于开采水平的延深、开采强度 的加大，煤层的瓦斯含量增大，回采工作面的瓦斯 涌出也相应增大。回采工作面和采空区内瓦斯特别 是上隅角瓦斯的问题日益突出。 据统计，我国国有重点煤矿属高瓦斯矿井、煤 与瓦斯突出矿井达 %$$ 多个。其中 !%$ 多个回采工 作面的上隅角存在着不同程度的瓦斯积聚和超限问 题。矿井瓦斯不仅严重地威胁着安全生产，而且极 大地制约着煤炭产量的大幅度提高。回采工作面上 隅角瓦斯积聚是治理采场瓦斯灾害中经常出现而又 难以处理的问题。 上隅角瓦斯主要来源于采空区，并由经漏入采 空区的微弱风流带入回采工作面。在回采工作面与 回风巷交界处形成一片高浓度瓦斯积聚的区域，即 上隅角瓦斯积聚区。 本文试对采空区瓦斯分布规律进行理论分析。 根据得到的瓦斯分布规律，就可以确定出上隅角瓦 斯积聚及瓦斯分布规律及瓦斯流场，导出上隅角瓦 斯超限和积聚的原因。为研究分析处理上隅角瓦斯 积聚的方法，为较好解决上隅角瓦斯积聚提供理论 依据。
式（3）两边对 , 求偏导，式（2）对 * 求偏导后两 式相减即可得下式： # #* ! ! 0" " " $ # ! 0" " " # 6 [ (! (2 (12 ) ] #, [ ( (2 (12 ) ]
, *
! 式中： " —渗流速度，! $ %； & —压头，!；
’( ! —哈密顿算子， &" ) # ’" + # ’" -# #* #, #. ( ’ —渗透率，二阶张量，! ； " 由于" / & ) &， / 为压力坡度，所以上式变为 % —渗流系数，二阶张量，! $ %； % & !