开采过程中采空区煤自燃与瓦斯复合致灾隐患区域研究

来源期刊：煤炭学报2019年第S2期

论文作者：徐宇 李孜军 翟小伟 于志金

文章页码：585 - 592

关键词：煤自燃;瓦斯分布;移动网格;复合致灾;数值模拟;

摘    要：矿井开采过程中采空区煤自燃火灾往往诱发瓦斯爆炸的重大灾害事故。为探究矿井开采状态下采空区煤自燃与瓦斯的复合致灾,本文基于数值模拟的手段对煤自燃与瓦斯的复合致灾隐患区域进行判定与分析。使用移动网格的数值方法并利用laplace平滑方法对网格变形进行修正,实现工作面推进状态下采空区逐渐扩大的动态模型。通过对渗流场、浓度场和能量场多物理场耦合求解,建立了工作面推进过程中煤自燃与瓦斯涌出的动态数值模型,得到正常开采状态时采空区孔隙率、氧气体积分数和瓦斯体积分数分布规律。结果表明,瓦斯可爆区域呈斜长条形,进风侧瓦斯可爆区域位于采空区深部,回风侧可爆区域则靠近工作面。基于煤自燃与瓦斯复合致灾理论,对采空区复合致灾隐患区域进行判定,发现煤自燃与瓦斯复合致灾隐患区域主要位于靠近工作面后方15～60 m处的回风侧,而采空区进风侧与深部复合致灾危险性较小。通过定量分析通风量、工作面推进速度和瓦斯涌出衰减速率对复合致灾隐患区域的影响,发现随着通风量增大,氧化带向采空区深部移动,工作面附近瓦斯体积分数降低。在通风速度由0.5 m/s增大至1.2 m/s时,复合致灾隐患区域逐渐扩大,而当继续增大通风量时,隐患区域逐渐缩小。工作面推进速度加快时,瓦斯可爆区域宽度增加,氧化带和瓦斯可爆区间重叠区域扩大。但工作面推进速度增加将有利于降低煤自燃危险性,从而煤自燃和瓦斯复合致灾的危险性减小。煤的瓦斯释放衰减速率增大时,瓦斯体积分数随埋深而增加的增长速度减小,瓦斯可爆区域宽度扩大,从而导致复合致灾隐患区域面积增大。