高瓦斯高产工作面立体“W”型空气动力学系统研究

本文对已有工作面通风系统模式特点进行综合分析和现场通风瓦斯参数测定的基础上,应用空气动力学理论设计了高瓦斯高产工作面的“‘U'通风系统+集束钻孔+高抽巷”的立体“W”型空气动力学系统结构。应用CFD和FLAC软件对采空区流场、瓦斯浓度场、顶板位移和抽采瓦斯效果进行模拟的基础上,对立体“W”型空气动力学系统结构参数进行了数值模拟。研究了集束钻孔布置的合理间距及其终孔在采空区中倾斜方向范围,在试验的煤层条件下集束钻孔布置在回风巷以下50m范围内、倾角为-60°时破坏程度较小,每组孔数7～10个效果较好。得出了工作面瓦斯治理效果随着集束钻孔组间距和钻孔终孔间距的减小而提高的规律;集束钻孔距工作面的越远,治理工作面瓦斯效果越差。 现场工业试验和模拟结果表明,立体“W”型空气动力学系统中集束钻孔有效地在采空区中增加了汇点、起到“栅栏”截流瓦斯流向工作面的作用,使采空区中的瓦斯通过集束钻流向高抽巷,提高了高瓦斯高产工作面瓦斯抽采率,降低了开采空间的瓦斯浓度。 为满足模拟的需要,根据研究工作面类似条件的相似材料模拟试验资料,研究了采空区不同位置孔隙率和漏风风阻;根据空气在采空区内的实际速度和渗流速度的关系,推导并建立了采场风流流动传质的统一方程;采用现场测定和理论研究相结合的方法,研究了高瓦斯高产工作面瓦斯涌出特点和影响因素,得到了煤层瓦斯含量和产量是影响高瓦斯高产工作面瓦斯涌出量的主要因素,提出了同煤层邻近区段间瓦斯涌出量预测的新方法——类比法。