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立体瓦斯抽采对采空区“三带”分布的研究

  
评论: 更新日期:2016年03月10日


        2.2漏风动力的建立
        由于瓦斯抽采负压及上覆岩层的裂隙发育,形成漏风动力及漏风通道。风流在抽采负压的作用下,沿采空区及上覆岩层的裂隙通道弥散,造成采空区立体风流运移,致使采空区浮煤处于适宜的供氧环境中,促使采空区浮煤与氧气接触区域增大、强度增加。随着工作面的正常推进和氧化作用时间的增加,采空区浮煤氧化生热增加,发热煤体温度升高,加上漏风两端的温度差及高压差形成了"内生火风压", 加剧采空区浮煤自燃的供氧动力及氧化动力。在"内生火风压"的作用下,可能在高温区与非高温区之间形成慢速涡流,使热量形成对流交换,促使里外煤体共同升温,致使采空区浮煤氧化加剧,最终导致浮煤自燃的发生。
        3  U+Ⅰ型通风系统对"三带"划分的影响
        3.1数值模拟及分析
        以义马集团耿村矿12200工作面U+Ⅰ型通风系统为例,系统的研究采空区的立体漏风。根据12200工作面的开采条件及上覆岩层裂隙发育的特征,通过FLUENT对采空区及上覆岩层卸压区域漏风流场的模拟4-9],从图中看以看出,采空区流场呈现三维变化,受高抽巷影响较大,如图3。
        
        图3  12200采空区漏风风速分布图(0~0.005m/s)
        Fig.3  The air leakage speed in15101 goaf(0~0.005m/s)
        从图3可知,在高抽巷影响下造成了采空区的立体风流变化。在其影响下,采空区风流速度分布打破了原先普通采空区自燃"三带"的划分范围,而在采空区深部也形成了较强的漏风,这样就造成了采空区风流速度分布的不规律。从图中还可看到,在后高抽巷部漏风风流速度较大,实际上这些较大的风流速度不能使浮煤自燃,因为散失的热量大于生成的热量,因此就在这漏风流较大的区域之间,形成了适合浮煤自燃的风流速度区域,而在自燃带的中部也形成一个不适合浮煤自燃近似椭圆型的漏风区域,由此可见,氧化自燃带是一个不规则的环形区域。
        3.2 实测12200工作面高抽巷气体分析
        在工作面的推进一段距离后,随着老顶初次来压,工作面上覆岩层破断裂隙形成后,对高抽巷气体进行了实测,如图4。
         
        Fig.4 CH4 and O2 concentration over time variations
        在工作面正常回采期间,通过对高抽巷气体成分的分析,瓦斯平均浓度为9%左右,而O2浓度占有量竟达到15%左右,从而说明在高抽巷的影响下,采空区漏风存在,并且加剧了采空区的漏风。
        3.3自燃"三带"的复杂化
        如果根据采空区漏风流速来划分采空区"三带",一般可分为:①不自燃带,流速>0.24m/min;②自燃带,0.24m/min≥流速≥0.1m/min;③窒息带,流速<0.1m/min。在不受高抽巷影响下的U型通风系统,根据采空区漏风流速来划分采空区"三带"的情况如图5所示[10]:
        Fig.5 According to air leakage of the goaf to divided the three zones "scope
        在有高抽巷的影响下,根据采空区漏风流速来划分采空区"三带"的范围,并不是很有顺序的"三带"划分,而是形成了"多块型、不规则状"划分,根据模拟结果图3(采空区漏风风速分布图)来划分采空区"三带"示意图,如图6。
        Fig.6 In the U +Ⅰ under the influence of the "three zones" division schemes
        1)结合图3图6可知,工作面前方一段距离由于风流速度大于0.24 m/min,散热大于生热,仍是不自燃带;图中自燃带范围明显比没有高抽巷影响下自燃带范围大得多,这是由于在高抽巷的开拓下,对上覆岩层进行了区域性卸压,造成周围岩体松动,诱导裂隙发育,并且随着工作面的正常推进,上覆煤岩层的裂隙形成横向及纵向的发育,致使在抽放负压的条件下,形成了采空区-煤岩裂隙-抽放巷这样的漏风通道,增加了采空区的漏风,致使采空区"三带"中自燃带范围增大。
        2)结合图3可知,在自燃带范围内出现了两个特殊区,窒息带1和不自燃带2。随着回采工作面的的推进,采空区上部覆岩逐渐垮落,采空区中部逐渐压实,漏风风流难以通过,从而就形成了窒息带1;而"两巷"附近由于煤柱的支撑,形成了漏风通道,风流贯通到窒息带1后部,再加上后高抽巷的影响,采空区后部漏风加剧,由于漏风风速较大从而形成了不自燃带2。另外,在采空区后部,由于漏风孔隙通道的压实,再加上切眼处防漏的处理,漏风风流逐渐减少,就形成了窒息带2。
        5 结论
            1)由于瓦斯抽采及上覆岩层的裂隙发育,形成了漏风动力及漏风通道,造成了采空区漏风的加剧,进而为采空区浮煤自燃提供了充足的供氧条件;
        2)由于采空区浮煤自热升温,在采空区局部形成内生"火风压",进一步加剧了采空区的漏风。
        3)在U+Ⅰ型通风方式影响下,根据采空区漏风流速来划分采空区"三带" 的范围,则"三带"形成了"多块型、不规则状"划分,改变了原先规则、有序的划分。
        参考文献:
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