尾巷对采空区流场影响的数值模拟研究

摘 要：为分析尾巷对采空区流场分布的影响，本文分别建立了无尾巷、有尾巷条件下的采空区物理模型，利用Fluent软件对两种情况下的采空区漏风、瓦斯分布规律进行了数值模拟。结果表明：尾巷的使用增大了工作面沿程向采空区的漏风范围，使得更多的风流涌入采空区；与无尾巷时的结果相比，尾巷可明显降低采空区及工作面上隅角瓦斯浓度，可使上隅角瓦斯由1.95%降低到0.49%，有效解决了上隅角瓦斯超限问题。

关键词：尾巷；数值模拟；采空区漏风；瓦斯分布

中图分类号：TD712 文献标识码：A

随着煤矿开采深度与集约化生产程度的迅速提高，传统的U型通风已不能生产的要求，往往易造成上隅角瓦斯超限，对工作面安全生产构成了极大的威胁[1，2，3]。在治理上隅角瓦斯超限方面主要有两种方式，即减小采空区漏风和增加漏风源汇。而增加漏风源汇主要采用上隅角瓦斯抽放及加尾巷的方法，其中加尾巷在治理上隅角瓦斯超限问题中效果明显，在高瓦斯矿井中得到了普遍的应用[4，5，6]。但是尾巷的应用往往会使采空区的风流流态及流场发生变化，在应用的过程中需要进行深入的研究。本文利用Fluent软件，对“U”型和“U+L”型通风方式下的采空区流场进行了数值模拟研究，对尾巷的设计工作提供了一定的依据。

1 物理模型及边界条件的设置

1.1 工作面概况

工作面切眼长度为188m，平均煤厚2.2m，采用“U+L”型通风方式，总进风约为2414m3/min，其中回风巷与联络川回风比为1.3∶1。采空区绝对瓦斯涌出量为33m3/min。

1.2 物理模型的建立

为对比分析尾巷抽采对采空区流场的影响，以该工作面为原型，分别建立无尾巷、有尾巷抽采条件下的工作面及采空区物理模型，物理模型设置参数见表1。

2 尾巷对采空区流场分布規律的影响

2.1 尾巷对采空区漏风的影响

通过数值模拟可以得到无尾巷、有尾巷条件下的采空区漏风分布规律，如图1所示。

由图1可以看出：

（1）尾巷使得工作面沿程漏入采空区风量的范围明显增大，增大了约为45m。

（2）尾巷的设置增大了工作面漏入采空区风流的风速，但却减小了采空区流向工作面风流的速度。

（3）对图1中曲线进行积分可知，无尾巷条件下工作面漏入采空区的风量约为250m3/min，有尾巷时工作面漏入采空区的风量为320m3/min，尾巷的作用使得漏入采空区的风量增大了28%。

3.2 尾巷对采空区瓦斯分布的影响

尾巷对工作面上隅角瓦斯分布的影响：通过数值模拟得到无尾巷、有尾巷条件下工作面上隅角瓦斯分布规律，如图2、图3所示。

由图2、图3可知：

（1）在有无尾巷时，沿工作面垂直高度方向上隅角瓦斯浓度均呈现逐渐增大的趋势。

（2）尾巷的设置使得上隅角瓦斯浓度明显降低。例无尾巷时工作面上隅角瓦斯最大浓度达到了1.95%；有尾巷时工作面上隅角瓦斯最大浓度为0.49%，低于规程值，从而保证了煤矿的安全生产。

结论

通过对无尾巷、有尾巷条件下的采空区漏风、采空区瓦斯分布规律的研究，可以得到以下结论：

（1）尾巷的使用增大了工作面沿程向采空区的漏风范围，使得更多的风流进入采空区，增大了工作面向采空区的漏风量。

（2）尾巷的使用明显降低了采空区及工作面上隅角瓦斯浓度，使得上隅角瓦斯浓度由1.95%降低到0.49%，保证了工作面的安全生产，也验证了工作面使用尾巷治理上隅角瓦斯超限的可行性。

参考文献

[1]徐钧，戚良锋.Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究[J].安徽理工大学学报（自然科学），2010，30（03）：29-31.

[2]张浪，范喜生，蔡昌宣，刘震，刘斌.U型通风上隅角瓦斯浓度超限治理理论与模拟[J].煤炭科学技术，2013，41（08）：129-132.

[3]王凯，蒋曙光，张卫清，邵昊，寇砾文.尾巷改变采空区瓦斯流场的数值模拟研究[J].采矿与安全工程学报，2012，29（01）：124-130.

[4]杨明，高建良，冯普金.U型和Y型通风采空区瓦斯分布数值模拟[J].安全与环境学报，2012，12（05）：227-230.

[5]邵昊，蒋曙光，王兰云，吴征艳，王凯.尾巷对采空区煤自燃影响的数值模拟研究[J].采矿与安全工程学报，2011，28（01）：45-50.

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