第３１ 第１ 期 卷 １ ２ １ 年１ 月 ０ １ １
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
（ ）瓦斯 排 放 口对 高 浓 度 瓦斯 的排 放 作 用 明 ２ 显， 大大 降 低 了上 隅 角 瓦斯 浓度 。 （ ） 过 布 置 瓦排 巷 ， ３通 断裂 带 上 部 的 瓦斯 浓 度
下降很小 ， 因此 ， 需要布置高抽巷才能有效 的解决。
４ 结 论
（ ） ｕ型 通 风 方 式 下 的采 空 区 进 行 了 数 值 １对
［ 李 宗翔 ． ２ ］ 回采工作 面采 空区风 流移动规律 的数值模拟与可视化显示［． Ｊ煤炭学报 ，０ １２（ ： — ０ １ ２０ ，６１７ ８． ）６
【］ 赵栋 ， ３ 张学博 ， 邓权威 ． 王庄煤矿 ６ ０ ２ ６综放面采空 区瓦斯流场及浓度分布规律研究ＩＩ ，０ ９ １（） — ． Ｊ． ２ ０ ，８７： ２ 煤 １
（ ） 体 的 物 理 特 性 参 数 视作 常 数 ， 各 气 体 ３气 且
之 间不 发 生化 学 反应 。 １２ 采 空 区瓦 斯 流动 基 本 方程 ．
Ｓ Ｄ ，∑ｃ Ｊ ＋ ｃ ， ｉ ＝ ∑Ｄ ｐ
ｊ＝ １ ｊ＝ １
（） ３
式 中 ： ｉ 向 （－ 或 ｚ 量 损 失 源项 ； 和 ｃ ５为 方 Ｘ， Ｙ ）动 Ｄ 是规 定 的矩 阵 。对 单 一 的各 向同性 多孔 介 质 有 ：
［ 李 永存 ， 晖， ４ ］ 林爱 王海桥 等． 流脉动下采空 区流场数值模拟与实验研究［ ＿ 风 Ｊ 中国工程科学 ，０ ８ １（ ： １ ４ 】 ２ ０ ，０ ） — ５ ４４
Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｓＦ ｏ Ｌａ ｉ ｉ ｅ － ｕ ｍ ｒｃ ｌＳ ｍ ｌ ｔ ｎ Ｇａ ｌ ｗ ｗ ｎ Ｍ ｎ ｄ ｏ ｔ ｏ
模拟 ， 结果显示 ： 在走 向方向上 ， 自 从 然堆积区到压
实稳 定 区 ， 在倾 斜 方 向上 ， 进 风侧 到 回风 侧 ， 垂 从 在
Ｌ
图 ５ Ｕ Ｌ型 采 空 区 瓦 斯 ＋ 图 ６ Ｕ Ｌ型 采 空 区 瓦 斯 ＋
直 方 向上 ， 底 板 到 断裂 带 最 上 部 ， 斯 浓 度 逐 渐 从 瓦 增 大 。 ２ 在 ｕ型通 风 方式 下 ， （） 当工作 面 风 量 １ ４ ０ ４
关键 词 ： 空 区 ； 采 瓦斯 流 动 规 律 ； 值 模 拟 数
中图分类 号： Ｄ １＋ １ Ｔ ７２． ５
文献标识码 ： Ａ
近 十几 年来 ， 综放 采 煤方 法 在 我 国得 到 了迅 速 的发 展 。但 由于综 合 机 械化 放 顶煤 开 采 具有 高 产 、
动
且 里 方
高效 、 推进速度快等特点 ， 而使 瓦斯 的绝对涌 出 从
量增 大 且 不均 衡 ， 致综 放 工作 面瓦斯 超 限问题 更 导 为严 重 。因此 ， 究 综放 工 作 面采 空 区瓦 斯 涌 出规 研 律 对 防治 工 作 面 瓦斯 超 限具 有 一 定 的理 论 与实 践
意义 。
程
：
旦
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ａ ｔ ＋ ａ
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： ａ
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（
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（ ２） ２）
１ 计算流体 力学模 型
１１ 基 本假 设 ．
誓） ） 一 ＋ （ ＋ 誓） 軎（ ＋
７ ｅ Ｏ 一ｉ ｅ 一 Ｏ ３ ｅ Ｏ Ｏ ７ ３ ７ Ｏ ８ ３ ｅ！ ｅ９ ５ ｅ７ ； ９ ９ ｛ ７ Ｏ ｅ６ ２ Ｏ ０一＋ Ｏ ４ ９ ｅ３ ０ ０ ● ０一 一０ ５ ５ ０一 ｅ｝ ｅＯ ８一 ｅ ｝ Ｏ Ｏ一 一０ 一｛ Ｏ ｅ 一Ｏ 一 ｅ 一 一０ 一２ ● Ｏ ｅ 一 ７ 一 ４ ｅ 一 ２ ３ ｅ 一Ｏ ８ ｅ ｅ ６ ２ 一 ｅ ３ ０ ｅ ｅ
ｓ 一 （ ＝
— ｆ１ ）
（） ４
式中 ： 为渗透率 ， Ｃ 为惯性 阻力系数 。 ｍ；：
瓦 斯在 采 空 区 的流 动 ， 可看 作 是气 体 在 多孔 介 质 中 的渗 流 ［， 此 ， 量 守 恒 方 程 和 动 量 方 程 是 ４因 １ 质
瓦斯 在 采 空 区 内流动 的理论 基 础 ］ 。 质 量守 恒 方程 ：
（） ５ 在走 向方 向 上 ： 瓦斯 浓 度 由 自然 堆积 区 、 载
型通风方式下 ，－ Ｅ １ Ｚ ３ｍ、－ ８ ｍ处平面 的气体分布
云 图 ， 图 ５和 图 ６ 见 。 由图 ５ ６可得 ： －
荷 影 响 区到 压实 稳 定 区逐 渐 增 大 。 （） ６ 在倾 斜 方 向上 ： 进 风 侧 至 回风 侧 瓦斯 浓 从 度逐渐增大 ， 尤其 是在 靠 近 回 风巷 上 隅 角 ， 斯 浓 瓦 度高达 １ ３％左 右 ，需 要采 取 相 应 措施 对 采 空 区 瓦
５ ７
第３ 卷 第１ 期 １ １ ２ １ １ 月 ０１ 年 １
山 西煤 炭 Ｓ ＮＸＩ ＯＡ ＨＡ Ｃ Ｌ
●●■ 糕 ■■■基
８ ８７ ７ ７ ６ ６５ ５ ４ ４ ３ ３３ ２ ２ １
Ｏ ４
■
Ｖｏｔ３１ ． ＮＯ．１ １ Ｎｏｖ．２Ｏ１１
７ Ｏ ９ Ｏ ｅ 一 ｅ ７ ３ ３ ｅ ７ ３ ２ ７ ｅ 一９ ａ ８ ３ ｅ｛ 一ｉ ５ １ ｅＯ ９ ９ ｛ Ｏ ｅ０ ６ ３ ８ Ｏ Ｏ Ｏ ４一 ｅ３ ９ ０ ０一 一｛ 一５ ５ ｅ０ ｅ０ ２ ０ ２ ｅ ｛ ｅ０一 一０ Ｏ ｛ ｅＯ ｅ０ Ｏ ｌ一 一 一｛ 一０ ２ 一＋ ｅ 一 ４ ７ ｅ 一 ２ ８ ｅ 一０ ０ ６ 一 ｅ 一７ ３ ０ 一 ｅ ｅ ｅ
Ａ ｒ ａ ｔ ｌｙ ｅ ｓｗｉｈ Ｆｕ ｌ －ｍ ｅ ｈａ ｚ ｄ Ｍ ｉ ｎｇ ｃ ｎｉｅ ｎｉ
ＦＡＮ ｏ －ｗｅ Ｈ ｎｇ ｉ
（ｈ ｎ ｉ ｏｌ ｏａｉ ａ ａ ｄＴ ｃ ｎｃｌ ｏ ｅｅ Ｔ ｉ ａ ｈ ｎｉ ３ ０ Ｓ ａ ｘ Ｃ ａ Ｖ ｃｔ ｎ ｌ ｎ ｅｈ ｉａ Ｃ ｌ ｇ， ａ ｕ ｎＳ ａ ｘ ０ ０ ３ ） ｏ ｌ ｙ １
（ ） 竖直 方 向上 ： ７在 由于瓦 斯 的上 浮 效应 ， 瓦斯 浓 度从 底 板 到 断裂 带 最上 部 逐 渐增 大 ， 其 是在 垮 尤 落 带 和采 动 断 裂带 的相结 合 处 附近 ， 瓦斯 浓 度有 较
大 的梯 度 变 化 。
内的瓦斯 ， 使采空 区回风侧的瓦斯浓度 明显下降。
ｓ ｏ ｄ ｔ ｔｔ ｅ ｇ ｓｃ ｎｃ ｎ ｒ ｔｏ ｎｃ ｅ ｓ ｄ ｇ ａ ｕａｌ ｒ ｍ ｔ ｒ ｌａ ｃ ｍｕｌｔｏ ｒ ａ ｔ ｔａ ｙ ｃ ｍｐ ｃｉ ｎ ｈ ｗｅ ｈａ ｈ ａ ｏ ｅ ｔａ ｉｎ ｉ ｒ ａ ｅ ｒ ｄ ｌｙ ｆｏ ｎａｕ ａ ｃ ｕ ａｉｎ ａ ｅ ｏ ｓｅ ｄ ｏ ａ ｔｏ
产构 成 严 重 威胁 。 （ ） Ｕ Ｌ型通 风 方 式 下 ， 空 ３在 ＋ 采
区回风侧的瓦斯浓度 明显下降 ， 能有效控制工作 面
上 隅角 瓦斯 。
度和宽度分别为 ３ ４ｍ 。再次计算后 ， ｍ、 得到 Ｕ Ｌ ＋
参考文献 ：
【 李宗翔． 工作面采 空区瓦斯涌 出规律 的数值模拟研究『 ． １ ］ 综放 Ｊ煤炭学报 ， ０ ，７ ）１ ３ １７ ］ ２ ２２（ ： —７． ０ ２ ７