回采工作面恢復(fù)通風(fēng)瓦斯分布數(shù)值模擬研究.pdf

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1、2015年第4O卷第6期能源技術(shù)與管理Vo1．40No．6EnergyTechnologyandManagement19doe10．396％．issn1672—9943．201506．007回采工作面恢復(fù)通風(fēng)瓦斯分布數(shù)值模擬研究趙志研(煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng)110016)[摘要]針對(duì)礦井主要通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致回采工作面瓦斯積聚的問(wèn)題，運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬軟件CFD，模擬研究了停風(fēng)狀態(tài)下工作面煤壁和采空區(qū)涌出瓦斯時(shí)的瓦斯積聚情況，以及恢復(fù)通風(fēng)后瓦斯?jié)舛仍诨仫L(fēng)巷道出口處變化規(guī)律，分析了不同工作面傾角、不

2、同進(jìn)風(fēng)量對(duì)瓦斯積聚和運(yùn)移的影響。結(jié)果表明：停風(fēng)時(shí)，傾角變大、上隅角瓦斯積聚速度加快；恢復(fù)通風(fēng)后，水平工作面排放瓦斯速度慢于傾斜工作面，隨著風(fēng)量增大，瓦斯處于爆炸極限內(nèi)的時(shí)間縮短。[關(guān)鍵詞]回采工作面；恢復(fù)通風(fēng)；瓦斯積聚；數(shù)值模擬[中圖分類號(hào)]TD712[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B[文章編號(hào)]1672．9943(2O15)()6019_()31研究方法計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)fComputationalFluidDynam—ics(簡(jiǎn)稱CFD1，可通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示，對(duì)包含有流體流動(dòng)和傳熱、傳質(zhì)等相關(guān)物理現(xiàn)象進(jìn)行分析。CFD的基本思

3、想可以歸結(jié)為：把原來(lái)在時(shí)間域及空問(wèn)域上連續(xù)的物理量的場(chǎng)，如速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)，用一系列有限的離散點(diǎn)上的變量值的集合來(lái)代替，通過(guò)一定的原則和方式圖1數(shù)值模擬的物理模型建立起關(guān)于這些離散點(diǎn)場(chǎng)變量之間關(guān)系的代數(shù)方3模擬結(jié)果及分析程組，然后求解代數(shù)方程組，獲得場(chǎng)變量的近似值。本文假設(shè)工作面瓦斯涌出總量為5m3／min，停CFD可以看成是流體基本方程控制下對(duì)流風(fēng)時(shí)間為30rain，在進(jìn)風(fēng)量和工作面傾角不同條體的數(shù)值模擬1。通過(guò)這種數(shù)值模擬，可以得到件下，分別進(jìn)行如表l所示的8組模擬。所研究的流場(chǎng)內(nèi)各個(gè)位置上基本物理量的分布以表1模擬

4、實(shí)驗(yàn)組號(hào)及物理量隨時(shí)間的變化情況。2模型構(gòu)建本文研究的是工作面積聚的瓦斯在通風(fēng)排放過(guò)程分布問(wèn)題，為此利用FLUENT前處理軟件Gambit。在笛卡爾坐標(biāo)系下建立了三維工作面模3．1停風(fēng)過(guò)程上隅角瓦斯?jié)舛入S時(shí)間的變化型，模型包括進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷[3]。研究的工作面長(zhǎng)停風(fēng)期間瓦斯?jié)舛入S時(shí)間的變化情況如圖2220m，斷面為長(zhǎng)方形，寬5m，高3m，進(jìn)回風(fēng)巷長(zhǎng)所示。圖2中曲線分別表示水平工作面和向上傾分別為100m、150m，斷面為正方形，寬和高都是斜15。工作面在停風(fēng)30min期間，上隅角瓦斯?jié)?m。進(jìn)風(fēng)巷口作為風(fēng)流人口，回風(fēng)巷

5、口作為風(fēng)流度隨時(shí)間的變化情況。停風(fēng)3min后，傾斜工作面出口j。此外需要設(shè)置瓦斯涌出源項(xiàng)，因此在工上隅角瓦斯積聚速度明顯高于水平工作面；積聚作面兩側(cè)壁的外側(cè)分別構(gòu)建了尺寸為0．2m的瓦30min時(shí)，傾斜工作面上隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)到斯源項(xiàng)區(qū)，分別作為煤層及采空區(qū)瓦斯涌出來(lái)源。3．5％，而水平工作面為3％。無(wú)論上隅角瓦斯積聚模型俯視圖如圖1所示。的速度還是總量，傾斜工作面均大于水平工作面。2015年第40卷第6期能源技術(shù)與管理V01．40No．6EnergyTechnologyandManagement21OO00O000OO

6、OO看出：通風(fēng)11min時(shí)，出口瓦斯?jié)舛冗_(dá)到爆炸下斯排放過(guò)程的吣?！迶M分析∞，得到∞的主要結(jié)0論如下：∞∞限5％，19min時(shí)，濃度達(dá)到峰值為6．2％，之后逐(1)停風(fēng)30min后，瓦斯涌出量均為5m3／min漸下降直到37min后處于穩(wěn)定狀態(tài)2．7％，瓦斯的條件下，水平工作面上隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)到3％，處于爆炸極限范圍內(nèi)持續(xù)時(shí)間為12min。向上傾斜l5。工作面上隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)到3．5％，風(fēng)量繼續(xù)增大到250m3／min時(shí)，由A4曲線表明傾角變大時(shí)，上隅角瓦斯積聚速度加快，積聚可看出：出口瓦斯?jié)舛冗_(dá)到爆炸下限5％用時(shí)量增

7、大。9min，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)瓦斯?jié)舛葹?．2％，瓦斯處于(2)通過(guò)比較A1、B1組恢復(fù)通風(fēng)后，在爆炸極限范圍內(nèi)持續(xù)時(shí)間為8min。10min、20min、30min三個(gè)時(shí)刻的瓦斯?jié)舛确植糂1、B2、B3、B4曲線走勢(shì)與A1、A2、A3、A4基圖可以看出，在每個(gè)時(shí)刻，水平工作面中瓦斯?jié)舛缺疽恢?。由以上分析可得：無(wú)論水平還是傾斜工作低于2．4％的區(qū)域長(zhǎng)度總小于傾斜工作面20m左面，當(dāng)風(fēng)量增大時(shí)，出口瓦斯?jié)舛冗_(dá)到爆炸極限所右，且瓦斯?jié)舛仍?．7％～2．4％間的區(qū)域明顯大于用的時(shí)間縮短，瓦斯?jié)舛茸畲笾到档?。風(fēng)量越大，傾斜工作面，

8、這都說(shuō)明水平工作面排放瓦斯速度瓦斯在爆炸極限范圍內(nèi)持續(xù)的時(shí)間越短，達(dá)到最慢于傾斜工作面。終恒定值所用的時(shí)間也越短。這是由于風(fēng)量越大，(3)通過(guò)組回風(fēng)巷出口某點(diǎn)瓦斯?jié)舛入S時(shí)瓦斯與風(fēng)流混合越充分，運(yùn)移速度越快。所以，想間變化曲線看出，瓦斯涌出量一定時(shí)，通過(guò)逐漸增要滿足《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定的出口瓦斯?jié)舛冗_(dá)大風(fēng)量，從100m3／min、