[发明专利]一种W型通风采空区遗煤自燃模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及采矿安全，特别是涉及煤矿巷道遗煤自燃模拟。

背景技术

现阶段条件下，随着煤矿加大开采深度，大量的高瓦斯矿井出现，瓦斯灾害防治任务也更为严峻。在煤矿原有的瓦斯灾害和采空区自燃灾害的情况下，又出现了采空区遗煤自燃与瓦斯耦合灾害共存和相互影响的新情况，二者的协调防治更是矿井生产中的重点和难点。山西寿阳段王煤矿有两个主采煤层：9#和15#，均被判定为高瓦斯煤层，矿井通风方式为分区抽出式。在2007年以后，该矿逐渐进入深部开采，由于传统U型通风方式下，上隅角瓦斯超限问题经常出现，矿井安全生产受到重大威胁，正常生产量也得不到保障。因此，需要对该矿进行瓦斯抽采。进行瓦斯抽采则必

须考虑到瓦斯抽采对采空区遗煤自燃的影响。应用CFD数值模拟技术，通过改变瓦斯抽采流量的大小，结合实际现场数据分析瓦斯抽采强度对采空区遗煤自燃的影响，并对比实际数据，给出更为直观的影响分析，为满足实际回采工作需求条件下瓦斯抽采最优化以及采区防灭火的提供依据。

发明内容

1.一种W型通风采空区遗煤自燃模拟方法，其特征在于，采空区冒落是非均匀分布的，冒落碎胀系数及孔隙度分布按“O型圈”分布模型建立，考虑重力因素；根据煤样封闭耗氧实验获得煤的耗氧速度，以此实现煤的非均匀耗氧源项的设置。

2.根据权利要求1所述一种W型通风采空区遗煤自燃模拟方法，其特征在于，工作面通风布置方式为：上顺为轨道巷，下顺为皮带巷，回风巷布置在两者之间、距轨道巷30m处，形成特殊的“偏W型、两进一回”通风方式。

3.根据权利要求1所述一种W型通风采空区遗煤自燃模拟方法，其特征在于，考虑到工作面的实际情况，在瓦斯防治方面，主要采取本煤层布置钻孔和高位钻场综合抽采；本煤层布置钻孔是进行采前预抽，高位钻场的钻孔点要在冒落带以上的小裂隙带内。

4.根据权利要求1所述一种W型通风采空区遗煤自燃模拟方法，其特征在于，对于工作面回采后冒落带、裂隙带的最大高度，可依靠下面的经验公式计算出，计算冒落带最大高度的经验公式为：

式中，H₁—冒落带最大高度；M—工作面采高。

5.根据权利要求1所述一种W型通风采空区遗煤自燃模拟方法，其特征在于，计算裂隙带最大高度的经验公式为：

式中，H₂—裂隙带最大高度；M—工作面采高。

6.根据权利要求1所述一种W型通风采空区遗煤自燃模拟方法，其特征在于，建模时，工作面与采空区之间的两个面，设为交界面(interface)，采空区浮煤区和冒落岩石区之间的面，设置为内部面(interior)；将巷道与工作面相重合的面设置为interface；Gambit默认整个三维模型为流体区域(fluid)，分别将对应区域的体设置为皮带巷，轨道巷，回风巷，工作面，浮煤和岩石。

附图说明

图1 150405工作面巷道及采空区的布置

图2高位钻孔方位示意图

图3采空区考虑倾斜角度模型

图4 150405工作面压力及速度分布(a)压力分布图(b)速度分布图

图5 150405工作面采空区束管监测数据

图6采场瓦斯及氧气浓度分布(a)采场瓦斯浓度分布(b)采场氧气浓度分布

图7采空区气体浓度实测与模拟结果对比图(a)瓦斯浓度实测与模拟结果对比图(b)氧气浓度实测与模拟结果对比图

图8采空区瓦斯浓度分布对比图

图9采空区氧气浓度分布对比图

图10瓦斯抽采对应氧浓度分布关系图

具体实施方式

1段王矿150405工作面整体及瓦斯抽采布置

段王矿相关资料显示，该矿150405工作面采用单一厚煤层一次采全高、后退式采煤，工作面倾角最小2°，最大11°，平均6.5°，其走向长809m，倾向长160m；煤层厚度最小为4.1m，最大为4.35m，平均厚度4.2m，实际可采储量659686t。工作面通风布置方式为：上顺为轨道巷，下顺为皮带巷，回风巷布置在两者之间、距轨道巷30m处，形成特殊的“偏W型、两进一回”通风方式。该工作面巷道布置如图1所示。