综放面采空区瓦斯渗流规律及其数值模拟研究

综放面采空区瓦斯是工作面瓦斯涌出的重要来源之一,其中的瓦斯抽采已经被证明是保障煤矿安全生产的重要技术手段。本文系统总结了煤矿采空区瓦斯渗流规律的研究成果和最新进展,大量研究表明,对综放面采空区及其上覆岩层内的瓦斯渗流规律的研究是合理高效地瓦斯抽采设计的理论基础。基于此,结合物理相似材料模拟实验和FLUENT软件数值模拟,分析了采场上覆岩层在煤层采动后的破坏特征和瓦斯在采空区及上覆岩层内的渗流分布规律。 通过流体力学、高等渗流力学等理论建立了非均质条件下综放面采空区瓦斯渗流的数学模型。应用FLUENT软件建立了综放面采空区瓦斯渗流的三维数值模型,通过数值模拟对比分析了没有瓦斯抽采、只有瓦斯尾巷抽排和瓦斯尾巷及高抽巷同时抽排三种情况下的综放面采空区及其上覆岩层内的瓦斯渗流分布规律,得到的结论为:瓦斯尾巷和高抽巷的抽排作用使得综放面采空区内的高浓度瓦斯向抽采口运移,同时扩大了工作面漏风向采空区内深入的距离,减少了采空区内瓦斯向工作面的涌出。数值模拟为合理选择瓦斯抽采技术提供了理论依据。通过山西某矿101综放面的现场验证,分析了瓦斯尾巷和高抽巷在实际应用中的效果,认为模拟结果和实际效果较吻合,即瓦斯尾巷和高抽巷抽排了大量瓦斯,降低了工作面的瓦斯涌出量,使工作面达到了安全生产的要求。