采空区自然发火三带的数值模拟

《西北地区侏罗纪煤层采空区自然发火规律的数值模拟研究》篇一摘要随着煤炭开采的持续深入，采空区自然发火问题日益突出，尤其是西北地区侏罗纪煤层采空区的自然发火现象。

本文通过数值模拟方法，对西北地区侏罗纪煤层采空区自然发火的规律进行了深入研究。

首先，对研究区域的地质背景和煤层特性进行了分析；其次，建立了数值模型，并运用相关软件进行了模拟计算；最后，对模拟结果进行了详细的分析和讨论，以期为预防和控制采空区自然发火提供理论依据。

一、引言西北地区是我国主要的煤炭产区之一，其侏罗纪煤层具有独特的开采特点和地质条件。

然而，在煤炭开采过程中，采空区的自然发火问题一直困扰着煤炭行业。

采空区自然发火不仅影响煤炭的开采安全，还会造成严重的环境污染和资源浪费。

因此，研究采空区自然发火的规律，对于预防和控制其发生具有重要意义。

二、研究区域地质背景及煤层特性分析西北地区地质条件复杂，侏罗纪煤层分布广泛。

该地区的煤层具有低灰分、低硫分、高挥发分等特点，同时煤层内部含有较多的黄铁矿等易氧化物质。

这些因素都为采空区自然发火提供了条件。

此外，该地区的气候干燥、风力较大，也加剧了采空区的氧化过程。

三、数值模拟方法及模型建立针对西北地区侏罗纪煤层采空区自然发火的规律研究，本文采用数值模拟方法。

首先，根据研究区域的地质条件和煤层特性，建立了相应的数值模型。

模型中考虑了煤层的厚度、倾角、内部结构以及外部环境因素等。

其次，运用相关软件进行模拟计算，通过设定不同的温度、风速、氧气浓度等参数，观察采空区内部的温度场、氧气浓度场以及可能出现的自然发火区域。

四、模拟结果分析模拟结果显示，在西北地区侏罗纪煤层采空区内，由于煤层内部黄铁矿等易氧化物质的氧化作用以及外部环境因素的影响，采空区内温度逐渐升高。

当温度达到一定阈值时，便可能引发自然发火。

同时，风速和氧气浓度的变化也会对采空区的自然发火产生影响。

高风速和低氧气浓度有助于降低采空区的温度和氧气浓度，从而抑制自然发火的发生；而低风速和高氧气浓度则可能加剧采空区的氧化过程，增加自然发火的风险。

雁南煤矿I0128205综放工作面采空区自燃“三带”数值模拟研究作者：徐百平来源：《价值工程》2020年第13期摘要：为了探究雁南煤矿I0128205综放工作面采空区自燃“三带”分布规律，本文以雁南煤矿I0128205综放工作面实际概况为工程背景，对采空区温度场和氧气场在实际通风量为1000m3/min的情况下进行数值模拟。

根据数值模拟结果，划分出I0128205综放工作面采空区自燃“三带”。

Abstract： In order to explore the distribution regularity of spontaneous combustion "three zone" in goaf of Yanan Coal Mine I0128205 fully mechanized coal face， this paper takes the actual overview as the engineering background， carries out numerical simulation of goaf temperature field and oxygen field under the condition that the ventilation volume is 1000m3/min. According to the results of numerical simulation， the "three zone" of spontaneous combustion in the goaf of fully mechanized coal face of I0128205 are divided.关键词：采空区;自燃“三带”分布规律;数值模拟0; 引言矿井火灾是煤矿主要灾害之一，大多数发生在采空区附近[1-3]。

采空区遗煤在合适的通风量下与氧气发生氧化反应，致使采空区遗煤氧化升温，热量积聚到一定程度就会使采空区遗煤自燃，引起火灾。

收稿日期：２０１９?０７?０２作者简介：孙海峰（１９８４－），男，山西交口人，工程师，从事矿井通风与安全技术工作。

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０２０．０２．０１６辛置煤矿综采工作面采空区自燃“三带”划分研究孙海峰（霍州煤电集团公司辛置煤矿，山西霍州　０３１４１２）摘　要：为搞清辛置煤矿２－２０８工作面采空区自燃“三带”的分布范围，通过在工作面的进、回风巷预埋两组束管，进行现场监测采空区氧浓度场的分布规律，并结合计算机数值模拟，分析得出辛置矿２－２０８工作面采空区“三带”分布规律：０～２８ｍ为散热带，２８～５２ｍ为氧化带，距工作面大于５２ｍ为窒息带。

由此提出了采空区防灭火技术措施。

关键词：采空区；自燃“三带”；氧浓度场；防灭火中图分类号：ＴＤ７５２．２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５?２７９８（２０２０）０２?００４４?０３ 煤炭自然发火不仅会导致矿井设备毁坏、资源冻结和生产接替紧张，造成巨大经济损失，还会释放出大量的有毒有害气体，危及矿工的人身安全［１］。

采空区作为井下煤层自然发火的高危区域［２］，是煤矿防治的重点［３］。

辛置煤矿已开采数年，井下巷道错综复杂，增加了采空区漏风的危险，而且开采的煤层主要为高硫煤，属于Ⅱ类自燃煤层，具有自燃性，矿井和煤层赋存地质条件的特殊性增加了自燃危险性［４］。

本文以辛置煤矿２－２０８工作面为研究对象，通过对综采工作面采空区自燃“三带”分布情况进行现场实测、理论分析和模拟研究，确定采空区自燃“三带”分布规律，并提出了现场防火的技术措施［５］。

１　工程背景辛置煤矿２－２０８综采工作面所采２号煤层位于二叠系下统山西组，为低硫肥煤，工作面标高２６１～３０６ｍ，地面标高７２５～７４５ｍ，煤层平均厚度４．１ｍ，倾角２～６°，煤层稳定可采，结构复杂，含两层夹矸，其中第二层夹矸层位较稳定，厚度稍大。

煤层老顶为厚度７．２ｍ的Ｋ８中细砂岩，直接顶为３ｍ厚的泥岩、砂泥岩；直接底为４．５ｍ厚的泥岩，老底为６．５ｍ厚的中砂岩。

内蒙古*****有限公司******煤矿综采工作面采空区自燃“三带”划分报告编写：内蒙古*****************技术部审核: *** **** **** 批准：*****2017年10月11日制定2017年10月11日实施综采工作面采空区自燃“三带”划分报告作为煤矿五大自然灾害之一，火灾的发生不仅能产生大量的CO造成作业人员中毒，高温烟流可能导致巷道风流逆转、破坏通风系统，而且还会烧毁资源、设备，甚至引起矿井瓦斯燃烧和爆炸。

根据其成因将矿井火灾分为内因火灾和外因火灾，内因火灾因其发生过程缓慢，无明显火焰，不易察觉，也不能及时找到火源的精准位置，一旦发现，大面积自燃发火很难控制和采取措施处理。

据不完全统计，采空区自燃火灾占矿井内因火灾的60%左右，矿井内因火灾大多数都与采空区有关，因此通过测定定采空区自燃三带的宽度，进而确定采空区自燃的安全推进速度，是煤矿效预防采空区自然发火的关键。

一、***********采煤工作面概况***********采煤工作面长度130米，高度 4.0米，***********切眼平均坡度32°。

+1500水平一采区***********采煤工作面位于矿井北翼，是本井田9#层煤第二个回采工作面，***********回风顺槽标高为： +1435.1～+1505.5m，平均为：+1470.3m，运输顺槽标高为：+1359.9m～+1453.2m，平均为：＋1406.6m。

工作面埋深97.9m～243.5m,平均埋深：170.7m。

，回采方式为综采一次采全高，采用U 型通风方式，全部垮落法控制顶板，所开采9号煤层属于易燃煤层，自燃倾向等级为Ⅱ级，最短自燃发火期为134d。

二、采空区“三带”划分方法目前对采空区“三带”的划分方法主要根据对煤自燃过程产生影响的氧气浓度、漏风流速和温升速率3个指标确定。

1、根据采空区漏风流速划分。

这种方法主要通过实验室模型实验，模拟采场的实际条件来进行。

授课人介绍
☐授课：时国庆
☐单位：安全工程学院
☐专长：矿井火灾与防治
☐课程：矿井火灾学
☐教材：王德明，《矿井火灾学》，2008.
采空区自燃三带及其划分
时国庆
课时目标
☐采空三带的概念
☐采空区自燃三带的划分方法及标准
☐采空区自燃三带观测的步骤
☐自燃三带的划分的意义
一、采空区煤炭自燃三带的概念
火 采空区自燃
火火火 高冒自燃 煤柱自燃
☐采空区是煤炭自燃的主要易发地点之一
一、采空区煤炭自燃三带的概念
不自燃自
燃
带
窒
息
带
带
☐不自燃带：漏风强度大，热量被及时带走,不会发生自燃。

自燃带漏风强度减弱遗煤氧化热量聚积可能导致煤自燃☐自燃带：漏风强度减弱，遗煤氧化热量聚积，可能导致煤自燃。

☐窒息带：漏风基本消失，氧气浓度下降而无法维持煤氧化。

二、自燃“三带”的划分方法和标准 两种划分方法的对比
依据氧气浓度划分的方法：可操作性强，认可
度广；
依据漏风风速划分的方法：可操作性较低，测
程往往无行或可度，
定过程往往无法进行或测定结果可信度较低，一
般不被认可。

三、自燃“三带”观测步骤 氧气浓度测点布置
800m
180m
100m
综放工作面布置平面图
三、自燃“三带”观测步骤 氧气浓度测点布置
800m
180m
100m
综放工作面布置平面图
三、自燃“三带”观测步骤
取气束管的敷设与保护
线路保护套管
测点保护
抽气泵
球胆束管敷设路线图
测试过程
氧气的测试过程及数据记录
指导火工作
谢谢大家！。

ｄｏｉ：１０ １１７９９／ｃｅ２０１９Ｓ００８３㊀㊀收稿日期：２０１９－０５－１０㊀㊀作者简介：雷焱云（１９８５ ），男，山西朔州人，工程师，现主要从事煤矿安全生产管理工作，Ｅ－ｍａｉｌ：５７８９４５３９２＠ｑｑ ｃｏｍ㊂㊀㊀引用格式：雷焱云．基于Ｆｌｕｅｎｔ软件的采空区自燃三带判定及其防灭火技术［Ｊ］．煤炭工程，２０１９，５１（Ｓ０）：１４３－１４６．基于Ｆｌｕｅｎｔ软件的采空区自燃三带判定及其防灭火技术雷焱云（山西省晋神能源有限公司，山西河曲㊀０３６５００）㊀㊀摘㊀要：为保证自然发火工作面的安全回采，在对磁窑沟煤矿地质条件进行分析的基础上，采用现场实测和数值模拟分析方法对采空区在不同风量下自燃三带的范围变化情况及规律进行研究㊂研究结果表明：伴随风量的增大，氧化带的边界和工作面的距离慢慢增大，并且向采空区深部不断扩展；工作面风量的影响对回风巷侧的影响最大，对进风巷影响次之，采空区中部的影响最小㊂根据实际工况和研究结果提出选用高强复合发泡堵漏防灭火技术，使用此防火技术不仅可以显著减小氧化带宽度，且使采空区氧化带和工作面的距离缩小㊂㊀㊀关键词：采空区；风量；自燃三带；防灭火；Ｆｌｕｅｎｔ软件㊀㊀中图分类号：ＴＤ３５＋ ３㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀文章编号：１６７１－０９５９（２０１９）Ｓ０－０１４３－０４ＪｕｄｇｍｅｎｔｏｆＧｏａｆＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＴｈｒｅｅＺｏｎｅｓＢａｓｅｄｏｎＦＬＵＥＮＴａｎｄｔｈｅＦｉｒｅＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬＥＩＹａｎ－ｙｕｎ（ＳｈａｎｘｉＪｉｎｓｈｅｎＥｎｅｒｇｙＣｏ ，Ｌｔｄ ，Ｈｅｑｕ０３６５００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆＣｉｙａｏｇｏｕＣｏａｌＭｉｎｅ，ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎａｎｄｒｕｌｅｏｆｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｈｒｅｅｚｏｎｅｓｉｎｇｏａｆｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｉｒｖｏｌｕｍｅａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｉｒｆｌｏｗ，ｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｏｆｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｚｏｎｅａｎｄｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｇｒａｄｕａｌｌｙｉｎｃｒｅａｓｅａｎｄｅｘｔｅｎｄｔｏｔｈｅｄｅｅｐｇｏａｆ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅａｉｒｖｏｌｕｍｅｏｎｔｈｅｓｉｄｅｏｆｒｅｔｕｒｎａｉｒｒｏａｄｗａｙｉｓｔｈｅｌａｒｇｅｓｔ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｉｎｌｅｔａｉｒｒｏａｄｗａｙ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｇｏａｆｉｓｔｈｅｌｅａｓｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｓｅｌｅｃｔｔｈｅｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｏａｍｐｌｕｇｇｉｎｇｆｉｒｅ－ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｗｉｄｔｈｏｆｏｘｉｄａｔｉｏｎｚｏｎｅ，ｂｕｔａｌｓｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｚｏｎｅａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｉｎｇｏａｆ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｏａｆ；ａｉｒｖｏｌｕｍｅ；ｔｈｒｅｅｚｏｎｅｓｏｆｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ；ｆｉｒｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ；ＦＬＵＥＮＴ㊀㊀矿井火灾６０％以上都是由于采空区的遗煤自然发火造成的㊂一次采全高采煤法对厚煤层比较适用，有很多优势，但是在开采过程中，由于开采周期较长㊁强度较大，会导致采空区的丢煤现象严重；与此同时伴随瓦斯涌入量的增加及工作面产能的加大，会引起供风量相应增加，进一步导致加重采空区的漏风现象，致使采空区浮煤自然发火危险概率增大［１－３］㊂在国内，徐精彩等［４］对采空区 三带 划分进行了量化分析，对氧化升温带和氧化自燃带的概念进行了区分，并提出了动态情况下采空区氧化自燃区域的确定方法㊂通过采空区预埋的观测管或传感器，观测采空区氧气体积分数分布及漏风强度，判定采空区自燃 三带 ［５－７］㊂利用Ｆｌｕｅｎｔ，Ｍａｔｌａｂ软件，ＵＤＦ自适应软件编程，对采空区非均质模型㊁流场分布特点，采空区自燃耗氧 升温区域分布特性，以及自燃与瓦斯耦合等复杂条件下采空区自燃的规律进行模拟验证［８－１１］㊂基于此，对磁窑沟煤矿１０－２＃煤层进行研究试验，并结合数值模拟分析对采３４１第５１卷第９期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀煤㊀炭㊀工㊀程ＣＯＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ ５１，Ｎｏ ９空区自燃三带在不同风量下的变化规律进行研究，提出采用高强复合发泡堵漏方灭火措施，减小氧化带宽度，保证工作面安全回采㊂１㊀工作面概况磁窑沟煤矿１０２０２工作面开采的１０－２＃煤层为特厚煤层，本煤层在该回采工作面内赋存较不稳定，煤层中含有４ ５层夹矸，夹矸厚度变化于０ １５ １ ４３ｍ，夹矸平均总厚度为２ ２４ｍ，单层夹矸最大厚度为４ｍ，夹矸岩性多为泥岩及碳质泥岩㊂工作面煤层顶板多为粗㊁中㊁细粒砂岩，有少量泥岩㊁砂质泥岩及粉砂岩㊂工作面煤层底板为平均厚６ ６６ｍ的泥岩，呈灰黑色，层状，固结性较好，质较硬，易风化，含大量植物茎㊁叶化石㊂１１＃煤层平均厚度３ ８５ｍ，该工作面煤（岩）层呈单斜构造赋存，大体向北西方向倾斜，煤层倾角为２ʎ ８ʎ，煤层平均倾角为４ʎ１０ᶄ，煤（岩）层中节理㊁裂隙中等发育㊂１０－２＃煤层绝对瓦斯涌出量为２ ５１ｍ３／ｍｉｎ，相对瓦斯涌出量为０ ５３ｍ３／ｔ，ＣＯ２绝对涌出量为４ ６ｍ３／ｍｉｎ，ＣＯ２相对涌出量为０ ９７ｍ３／ｔ㊂矿井为瓦斯矿井㊂煤层具有爆炸性，井田各煤层煤的自然发火期为３ ６个月，地面有粉煤自然现象，井田内各煤层采空区均有自燃现象，煤的自燃倾向等级分别为自燃和容易自燃煤层㊂工作面采用一次采全高综合机械化后退开采技术，并对两巷进行超前预爆破，弱化顶板强度，确保工作面采空区顶板及时垮落㊂可当前的矿井工作面存在非常严重的自然发火隐患：①开采煤层是自然发火煤层；②选取一次采全高开采方式，平均开采高度为４ ８ｍ，开采周期较长㊁开采强度较大，会导致采空区的丢煤现象严重；③该工作面埋深较浅，有垂直缝隙存在，且伴随瓦斯涌入量的增加及工作面产能的加大，会引起供风量相应增加，进一步导致加重采空区的漏风现象，致使采空区浮煤自然发火危险概率增大；④风量变化对采空区遗煤的影响尚不明晰；⑤该煤层具有ＩＩ类自燃的自然发火趋势，即使目前已经将其封闭，对发火效应尚不明晰㊂２㊀实测分析１）测试方案㊂以磁窑沟煤矿１０－２＃煤层的１０２０２工作面为研究对象，结合当前的开采技术和采空区遗煤氧化特性，将束管观测装置安置在井下，基于气相色谱方法将抽取的气体进行研究分析，得出采空区在工作面回采时氧气和其他气体浓度的变化规律，气体浓度监测系统示意图如图１所示㊂采空区的顶板的垮落会导致束管检测系统的束管和探头发生堵塞，为有效避免此种现象，制定措施如下：①利用所加工的保护套管和保护短管装置对束管及探头进行有效的保护，可以有效防止堵塞；②为确保抽取气体实时高效，可将橡皮塞置于保护短管中，从而形成密闭气室㊂图１㊀气体浓度监测系统示意图２）测试数据㊂因为在该测试阶段，工作面的煤层厚度相差不大且赋存也相对稳定，故在该测试阶段风量变化不大，通过测量风量大体保持在１３００ｍ３／ｍｉｎ左右㊂由束管监测系统对氧气浓度的监测数据可得：４个实时观测点的测试数据趋势较为一致，以测试点１为例，在推进距离为５０ｍ时，氧气浓度低于１８％，该数据表明此时已进入氧化阶段，随着推进距离的不断增大，氧气的浓度含量逐渐下降，在１２０ｍ时其氧气浓度减小至１０％；到１２０ｍ至１９０ｍ时氧气浓度减小至６％，该数据表明采空区已经进入窒息阶段，氧化阶段正式结束㊂监测点２在大于７０ｍ处时氧气浓度降至１８％，然后浓度逐渐下降，在监测阶段观测点３㊁４氧气浓度则一直高于１８％㊂由于监测阶段风量变化不大，保持在１３００ｍ３／ｍｉｎ左右，通过对四个监测点的数据进行实时监测分析可得导致氧气浓度分布现象的原因有：工作面和停采线距离较近，且和辅运巷的联巷封堵不严密或没有及时进行封堵有关，导致氧气浓度逐渐增大，加大了采空区浮煤自燃的可能性㊂根据氧气浓度的划分标准，结合实测数据将回风巷和进风巷的自燃三带进行了范围划分，划分结果见表１㊂表１㊀自燃三带划分结果氧气浓度／％自燃三带工作面至采空区进风巷端距离／ｍ工作面到采空区回风巷端距离／ｍ＞１８散热带０ ３５０ ４８８ １８氧化带３５ １１５４８ １１０＜８窒息带＞１１５＞１１０４４１㊀研究探讨㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀煤㊀炭㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第９期㊀３㊀数值模拟分析采空区自燃带的分布和以下因素有关：采空区顶板的脱落㊁破碎岩体性质㊁风量的大小及漏风情况㊂当一个工作面的通风方式和开采技术不变的状况下，氧化带的变化的主要影响因素就是由风量的大小决定㊂由于工作面的风量受煤层开采的厚度㊁推进的速度及瓦斯的涌出量影响，所以，由于回采计划的变化，在同一工作面内不同回采阶段风量是呈动态变化的㊂在该实测阶段工作面风量大致保持在１３００ｍ３／ｍｉｎ左右，依据该数据建立Ｆｌｕｅｎｔ模拟分析可得：采空区中部１４ ８ ９２ｍ可能被划分为自燃氧化带，进风侧采空区４４ １１０ｍ的可能被划分为自燃氧化带，回风侧采空区１７ ９２ｍ可能被划分为自燃氧化带；由数值模拟实验结果可知：实地试验测出来的自燃带宽度和现通风量下经过数值模拟获得的自燃带结果比较一致㊂所以，使用Ｆｌｕｅｎｔ对自燃带开展仿真模拟具有可行性㊂通过对采空区模型的建立和基本参数的设定，以采空区漏风风流流场划分自然发火 三带 范围㊂模拟方案为以采空区漏风极限原则在不同风量条件下模拟采空区风流速度，输出采空区流场的空间分布，确定 三带 范围，由于磁窑沟煤矿１０２０２工作面存在较大的风量变化状况，为了研究不同风量作用下采空区自燃三带范围的变化，选取供风量在１０００ １４５０ｍ３／ｍｉｎ之间，采用Ｆｌｕｅｎｔ数值模拟软件对采空区流场的分布进行仿真分析，以漏风流场对自燃带范围进行划分㊂通过仿真模拟分析发现，煤矿１０２０２工作面中部自燃带的流场分布随着供风量的不同而发生变化，变化特征为：当风量处于１０００ １３００ｍ３／ｍｉｎ范围内时，中部散热带区域朝着采空区后面移动，在支架后方０ １４ ５ｍ，中部氧化带在１４ ５ １０２ｍ；当风量处于１３００ １４５０ｍ３／ｍｉｎ范围内时，中部散热带区域明显朝着采空区后面移动，在支架后方０ １８ｍ，中部氧化带区域在１８ １０５ｍ㊂该结果表明：小供风量下，发火范围靠近工作面，氧化带区域较小，较大供风量下时，发火范围远离工作面，氧化带区域变大㊂采空区自燃带流场分布随风量的变化而变化，变化规律为：氧化带朝着采空区深部延展㊂综上所述，当风量处于１０００ １４５０ｍ３／ｍｉｎ范围内时，仿真分析结果显示回风侧氧化带区域在１０ １１５ｍ，进风侧氧化带区域在３８ １２６ｍ，受供风影响较明显㊂供风量对采空区中部㊁进风侧㊁回风侧的影响从小到大依次增加㊂即回风侧受风量影响较显著㊂中部表现为两侧氧化带随风量的变化而变化㊂４㊀采空区封堵防火技术当风量处于１３００ｍ３／ｍｉｎ时氧化带区域的仿真结果显示，在进风侧１１０ｍ内会有采空区窒息带，且氧化带有较大的宽度，表示有较大的漏风㊂采空区的漏风是从进风侧进入，回风侧流出，所以，要实现封堵，需要对进回风侧进行封堵㊂具体的封堵方法是对回风隅角采取袋墙进行封堵，而联络巷则采用密闭墙，在其周围采用高强复合材料进行填充封堵，让封堵材料与煤壁形成一堵墙，阻隔漏风，防止浮煤自然发火㊂对于工作面目前存在的自然发火的状况，选取高强复合发泡材料对进回风隅角进行封堵，此材料的膨胀能力极佳，抗静电，且极少的量就可以有较好的效果㊂为了有效达到阻隔采空区漏风及缩短氧化带的目的，需要封闭填充联络巷及上下隅角，高强复合发泡封堵采空区示意图如图２所示㊂图２㊀高强复合发泡封堵采空区示意图工作面推过后，在采空区后方的联络巷有漏风现象，故此，制定了以袋墙为框架填充高强度发泡材料的防灭火技术措施，密闭墙除了可以防止采空区联络巷漏风外，还有减少碎煤㊁加固煤柱的作用㊂建立进回风巷封堵的仿真模型，且通过Ｆｌｕｅｎｔ仿真计算，获取进风量为１３００ｍ３／ｍｉｎ的条件下，采空区的漏风速度分布和氧气浓度分布的数值结果，以便更好地掌握采空区氧化带范围受封堵影响的规律㊂在风量为１３００ｍ３／ｍｉｎ的条件下，按照不同标准划分自燃氧化带，其分布情况如图３所示，通过对仿真结果对比分析，可以看出，工作面进回风巷封５４１㊀２０１９年第９期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀煤㊀炭㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀研究探讨㊀堵后的自燃氧化带比封堵前距离工作面更近，且封堵后的氧化带宽度缩短㊂图３㊀封堵后氧化带的分布５㊀结㊀论１）基于磁窑沟煤矿１０２０２工作面的实际情况，利用Ｆｌｕｅｎｔ软件，对其采空区自燃三带在不同风量的范围进行数值计算，仿真结果表明，风量在１０００ｍ３／ｍｉｎ至１４５０ｍ３／ｍｉｎ之间变化时，供风条件对氧化带范围影响较大；氧化带的距离随着风量的增加远离工作面向采空区深部延伸㊂２）对磁窑沟煤矿１０２０２工作面采用高强复合发泡材料封堵防灭火技术措施，且利用Ｆｌｕｅｎｔ软件对其建模仿真，仿真结果表明采空区氧化带距离在采用高强复合发泡材料封堵防灭火技术措施之后比封堵前更靠近工作面，在同样的风量下，采用封堵防灭火技术措施的氧化带宽度更小㊂认为本次制定的封堵防灭火技术措施较为有效㊂参考文献：［１］㊀陈伟崇，吴㊀筱，聂伟雄，王㊀宁．浅埋深工作面自燃 三带 分布规律及防治研究［Ｊ］．煤矿安全，２０１８，４９（１１）：１２８－１３１．［２］㊀文㊀虎，胡㊀伟，刘文永，等．抽放条件下采空区煤自燃危险区域判定［Ｊ］．煤矿安全，２０１８，４９（１１）：１９０－１９３．［３］㊀赵素平．豹子沟煤矿采空区自燃 三带 分布规律研究［Ｊ］．山东煤炭科技，２０１８（９）：８０－８２．［４］㊀郭伟强．大采高综放工作面采空区自燃发火 三带 分析研究［Ｊ］．山西焦煤科技，２０１８，４２（９）：４－７．［５］㊀赵素平．综放工作面采空区自燃 三带 数值模拟研究［Ｊ］．山东煤炭科技，２０１８（８）：７３－７５．［６］㊀陈㊀辉．综合指标划分采空区自燃 三带 技术研究［Ｊ］．能源技术与管理，２０１７，４２（４）：８３－８４．［７］㊀杨国权．采空区煤自燃三带数值模拟研究［Ｊ］．山西煤炭，２０１７，３７（４）：６１－６５．［８］㊀孙维丽，曲㊀宝，李东发，等．采空区自燃 三带 划分方法改进［Ｊ］．煤矿安全，２０１７，４８（８）：１５９－１６１，１６５．［９］㊀徐长富，郑忠亚，袁沙沙，等．浅埋藏煤层长综放面采空区自燃 三带 分布研究［Ｊ］．煤炭工程，２０１７，４９（６）：７６－７８．［１０］㊀石政锋．大采高煤层综采工作面采空区自燃 三带 立体分布规律研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１９，４６（２）：４７－５０．［１１］㊀李东印，蒋东杰，贾海林．不连沟煤矿特厚煤层综放面采空区自燃 三带 分布规律［Ｊ］．煤炭工程，２０１８（５）：８６－８８．（责任编辑㊀苏㊀越）６４１㊀研究探讨㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀煤㊀炭㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第９期㊀。