单一厚煤层高瓦斯综放面上隅角瓦斯积聚与超限治理技术优化

摘要

余吾煤业N1101工作面为单一厚煤层高瓦斯综放工作面，通风方式为“U+高抽巷”，上隅角瓦斯积聚与超限一直是威胁采面安全开采的重要因素。究其原因主要为：进、回风压差大、高抽巷瓦斯抽采浓度低及抽采纯量小、采空区埋管瓦斯抽采效率低等。 本文以理论分析、现场实测、相似模拟及数值模拟为手段，揭示了采空区漏风及瓦斯运移规律，明确了采空区漏风流场、高抽巷抽采流场及埋管抽采流场的耦合叠加机理，并对原有上隅角瓦斯治理技术措施进行了优化。具体研究成果如下： （1）利用单元法及采空区埋管采气法，实测得出了采空区进风侧30m范围内为采空区风流集中漏入区，采空区回风侧上隅角10m范围内为采空区风流集中漏出区，高抽巷抽采瓦斯使采空区漏入工作面风量及瓦斯涌出量减少，其有效作用范围为高抽巷下方两侧20m。分析确定了采空区深部方向上“瓦斯三带”分布范围，并结合采空区“O”型圈理论，分析确定了适合于进行采空区埋管抽采的区域为瓦斯快速积聚区（采空区深部20～70m）。 （2）以相似理论为基础，建立了采空区三维瓦斯流场试验台，并进行了“U+高抽巷”通风方式瓦斯流场相似模拟实验，实验得出：高抽巷水平方向远离回风顺槽时，采空区漏风范围扩大风排瓦斯能力减弱；高抽巷竖直方向升高时，进风侧漏风范围变化较小，回风测漏风范围略有增加，高抽巷在采空区深部形成的负压汇流点后移；高抽巷抽采负压增大时，采空区漏风范围变化不大、漏风强度增大，耦合负压汇流点后移。 （3）建立了真实反映N1101工作面的物理模型，通过FLUENT数值模拟软件，研究有关流场、瓦斯浓度场、氧气浓度场及复合灾害区分布范围等变化规律，确定了高抽巷布置的最优层位为：距煤层底板20m、距回风顺槽内错20m；确定了采空区埋管最佳抽采范围为30～40m、抽采量为50m3/min；研究得出，提高采场各瓦斯抽采方式抽采效率、减少采空区瓦斯涌出量的配套措施为：利用泡沫水泥对采空区上下隅角进行封堵，减少进、回风巷压差。 通过上述研究，形成了单一厚煤层高瓦斯综放面上隅角瓦斯积聚与超限治理技术优化体系，这对于保障矿井安全高效开采具有重要意义。

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