特大型高瓦斯礦井綜放工作面瓦斯治理數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文針對(duì)大同煤礦集團(tuán)公司大唐塔山煤礦隨著煤礦開拓延伸和采掘工作面生產(chǎn)能力的提高，綜放工作面瓦斯涌出量不斷增大的情況，分析了當(dāng)前綜放工作面瓦斯治理方案“U+I”型通風(fēng)方式存在上隅角瓦斯超限的問題，根據(jù)本礦井現(xiàn)有巷道及地質(zhì)情況，以8105工作面為研究背景，提出了“W+I”型通風(fēng)方式。根據(jù)礦井空氣流動(dòng)理論，采用有限元分析軟件Comsol Multiphysics的計(jì)算流體力學(xué)CFD模塊的數(shù)值計(jì)算方法，分析了兩進(jìn)風(fēng)巷(2105巷道和5105巷道

2、)的進(jìn)風(fēng)量一樣（方案一）和不一樣（方案二）兩種工況下的8105工作面通風(fēng)以及瓦斯?jié)舛?，確定采用方案一的通風(fēng)方式及設(shè)計(jì)風(fēng)量。同時(shí)由于通風(fēng)方式的改變，將在8105工作面中部開掘一條中部回風(fēng)順槽，順槽設(shè)計(jì)長度476m。由于8105工作面中部回風(fēng)順槽處于8105工作面的中部，位于該工作面的高應(yīng)力集中區(qū)域，由于該巷道的開掘，使得中部應(yīng)力進(jìn)行了又一次的重新分布和疊加，處于回采面與中部回風(fēng)巷相交處的圍巖應(yīng)力分布極為復(fù)雜;受回采動(dòng)壓的影響，使得相交段巷

3、道支護(hù)也變得復(fù)雜。如何保證該巷道在回采過程中的穩(wěn)定性是8105工作面安全生產(chǎn)的前提。因此，本文在礦方提供的巷道斷面及支護(hù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，分析8105工作面中部回風(fēng)順槽圍巖的應(yīng)力分布情況及圍巖位移及破壞特征，在原巷道支護(hù)參數(shù)的基礎(chǔ)上提出合理的巷道支護(hù)方式及支護(hù)參數(shù)。主要成果包括以下三個(gè)方面:
　　 一、通過分析當(dāng)前8105工作面通風(fēng)方式的基礎(chǔ)上，得出了影響工作面瓦斯超限的三個(gè)主要因素:一是特厚煤層高強(qiáng)度綜放開采工藝瞬間落煤量大造成的

4、瓦斯瞬間大量涌出;二是放頂煤工藝對(duì)采空區(qū)造成擾動(dòng)致使瓦斯從采空區(qū)溢出;三是工作面來壓將采空區(qū)積聚的大量瓦斯擠出到工作面。根據(jù)塔山礦實(shí)際情況，結(jié)合當(dāng)前較為成熟的各種工作面通風(fēng)方式特點(diǎn)，我們提出了以下三種方案對(duì)當(dāng)前工作面通風(fēng)方式進(jìn)行優(yōu)化，分別為:“W+I”型、“雙U”型、“兩進(jìn)三回”型。經(jīng)方案比選，最終確定工作面通風(fēng)方式采用“W+I”型。
　　 二、采用Comsol Multiphysics軟件對(duì)兩進(jìn)風(fēng)巷（2105巷道和5105巷道

5、）的進(jìn)風(fēng)量一樣（方案一）和不一樣（方案二）兩種工況下的8105工作面通風(fēng)以及瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行了分析。結(jié)果表明:兩種工況都會(huì)使回采工作面巷與2105、中部回風(fēng)巷、5105巷道交叉處存在強(qiáng)渦流現(xiàn)象，使得此處瓦斯?jié)舛冗^高，為1.2％左右，超過礦井預(yù)警值1％，需引起重視。其他部位尚未見瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)。由于方案二中2105巷比5105巷設(shè)計(jì)風(fēng)量較大，伴隨壓差的影響，使得與5105巷以及與其相接的回采工作面風(fēng)流呈現(xiàn)全斷面強(qiáng)紊流狀況，風(fēng)流流向較亂，瓦斯在此