[发明专利]高瓦斯易自燃采空区耦合灾害之动态隔离参数的确定方法

说明书

本发明公开了一种用于高瓦斯易自燃采空区耦合灾害之动态隔离参数的确定方法，首先通过颗粒流数值模拟软件模拟工作面煤层开挖全过程，得到采空区后方孔隙率分布规律；编译数据沟通程序将得到的孔隙率参数导入到流体数值模拟软件中，实现两种成熟的数值模拟软件的相互结合，得到包括三维孔隙率的采空区数字模型，进行不同开采时期采空区流场分布的数值模拟，实现采空区流场与工作面开采过程动态耦合仿真；通过改变流体模拟软件中采空区模型参数，实现人为设定非连续隔离墙体，调整非连续隔离墙体参数，使采空区氧气浓度和瓦斯浓度参数交叉区域最小，以此确定采空区最佳隔离参数。

技术领域

本发明涉及矿井瓦斯爆炸与火灾防治技术领域，尤其涉及一种用于高瓦斯易自燃采空区耦合灾害之动态隔离参数的确定方法。

背景技术

煤炭自燃与瓦斯耦合防治是未来深部矿井开采面临的主要难题之一。在我国国有重点煤矿中，存在煤炭自燃的矿井占到总数的1/3以上，煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的 90％以上。近年来，随着矿井开采技术的改革和采煤设备的升级，一部分煤矿为了提高生产效率，增加了工作面的宽度；此外，大采高综放设备的投入也使得开采强度急剧增加；开采深度增加使得开采地质条件更为恶劣，遗煤自燃与瓦斯耦合灾害危险区域愈发明显，为矿井的安全生产提出了更为严格的挑战，严重制约了矿井高产高效目标的实现。

目前，对存在耦合灾害发生危险的矿井，其预防和治理措施普遍还比较单一，即单一的进行瓦斯抽放或者是防止遗煤自燃，还未对两灾害的耦合防控提出针对性的有效技术措施。目前由于受到矿井实际条件和技术手段的限制，对于高瓦斯矿井，特别是低透气性煤层，很难做到将采空区瓦斯抽放完全，并保证其瓦斯浓度不在爆炸范围内；同时，各种探测仪器和技术也较难以准确、快速的确定采空区隐患火源位置和范围，治理效果在较短时间内难以奏效。从采空区漏风风流控制方面的方法改变漏风可以源头上改变采空区自燃“三带”分布范围，同时改变瓦斯分布规律，是一种简单、有效的耦合灾害防治措施。

随着技术的发展，现有技术中存在有一种高瓦斯易自燃综放采空区耦合灾害的动态隔离防治方法，但未有具体采空区动态隔离参数的设计方法和设计步骤，导致在实际应用过程中无法达到预期效果。因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展，本发明即提出一种简单、高效的高瓦斯易自燃综放采空区耦合灾害动态隔离参数确定方法以满足井下安全高效生产需要。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于高瓦斯易自燃采空区耦合灾害之动态隔离参数的确定方法，能够在实际应用过程中直接应用，以实现经济、高效的达到耦合灾害防治的目的。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于高瓦斯易自燃采空区耦合灾害之动态隔离参数的确定方法，其包括以下步骤：

A、根据矿井工作面地质资料，确定工作面顶板岩性及综合柱状图，确定工作面导气裂隙带以下岩层的层数N、导气裂隙带至煤层顶板高度H以及每个岩层的厚度h_n，工作面宽度 W，煤厚m，现场测定结果得到工作面初次来压步距C₁、周期来压步距C₂、工作面供风量Q；

B、设计模拟试验模型的相似比为L，利用颗粒流数值模拟软件建立综放工作面开采模型，设计模型尺寸的长：宽：高为2(C₁+C₂)·L：W·L：(H+m)·L，模型中岩层数量为N，以岩性宏观参数为标准，利用经验公式确定岩性细观参数；

C、自建立工作面开采模型煤层往上设置测量圆，测量圆的设置高度为导气裂隙带高度；

D、按照工作面推进速度的几何相似比对工作面分段开采，首次开挖至工作面初次来压，后继续模拟开挖，至工作面第一次周期来压，最后至整个模型开采完毕，将分阶段采空区后方测量圆测定参数导出；