论文摘要
长期以来,采空区瓦斯涌出和遗煤自燃的灾害问题研究一直是很多学者所关注的焦点。采空区煤自然发火、局部瓦斯积聚等问题与采空区风流运动有着直接关系。在综采放顶煤工作面通风时,工作面端头入风处将有部分风流漏向采空区,有时采空区内也存在其它一些漏风地点,这些漏风往往是采空区遗煤自燃与采空区瓦斯运移的动力。传统的煤矿通风安全理论主要以工程流体力学和通风网络所构成的网流安全理论为基础,研究对象是由巷道及通风设施组成的矿井通风系统,解决巷道或工作面的通风与安全问题。随着计算流体力学和计算机技术的发展,以岩石力学、多孔介质渗流动力学和数值模拟计算为基础,可以直接以井下巷道外的空间或煤岩体区域为研究对象,以直接揭示灾害本质和灾害发生机理。本文从综放工作面采场上覆岩层运动与顶板变形破坏规律出发,详细分析采空区破碎岩石的分布特征与动态演化规律,得出风流在采空区破碎岩石空隙结构中的渗透特性;借助孔隙介质流体力学的有关原理,以渗透定律为本构方程,把采空区视为连续的孔隙介质,建立起采空区气体流动微分方程,从数学模型的角度分析减少采空区漏风与预防其自然发火的途径;采用基于有限体积法的CFD软件FLUENT对采空区的风流动规律进行了数值模拟研究,对采空区风流压力与速度的分布及其变化规律进行了定量的可视化;从采空区遗煤氧化与瓦斯涌出的稀释氧浓度的角度考虑,模拟出采空区自然发火“三带”分布及其动态变化规律,为分析采空区内自然发火提供一种新方法;模拟结果对现实的矿井安全生产、技术改造具有指导作用。