摘要
大采高综采技术在榆神矿区迅速普及，但是由于地质条件、通风方式等多种因素综合作用导致许多采煤工作面出现低氧现象，工作面大型采煤设备改变了巷道空间形状，使风流分布发生了改变，从而影响到工作面低氧分布及人员安全。 本文主要采用现场实测、理论数据分析及数值模拟等手段相结合，研究工作面呼吸带、液压支架人行道处及回风隅角附近的低氧气体分布规律及变化趋势，据此确定低氧防治重点区域及优化措施，为防治低氧危害提供理论基础。主要成果如下： 首先，通过对东胜某矿综采面现场布点观测，确定了空间各位置低氧气体成分及浓度，表明低氧气体主要来源于采空区。煤样微观结构分析和程序升温氧化实验表明，采空区遗煤氧化及煤层释放出的氮气是造成工作面低氧的主要原因;影响低氧气体分布的主要因素有地质条件、通风方式、地表裂隙、超大面积采空区及气压变化等。据此确定了低氧气体在综采工作面空间扩散分布规律，确定回风隅角、人行道及机尾三个低氧重点防治区域。 其次，以气相流动理论现场实测数据为基础，使用CFD软件建模，分析井下工作面低氧气体基本性质及其随风运移数学模型，提出了欧拉模型为适宜的数值求解方法;合理设置边界条件及连续相参数，对该综采面空问低氧运移规律开展数值模拟，研究了其在风速为0.95m/s、漏风程度为0.1m/s情况下空间各位置的风流分布及低氧运移扩散规律以及两者之间的联系，即低氧分布受湍流和风流的变化影响明显。 再次，调整参数，分别模拟5个不同风速、3个不同漏风程度对呼吸带、人行道及回风隅角处低氧分布的影响。确定了预防低氧气体扩散双因素及重点防治实验区域。通过优化双因素确定综合防治方案的具体参数即工作面最佳综合低氧防治方案为入口风速为1.5m/s和漏风程度为0.01m/s。 最后，依据模拟参数确定煤矿综合防泊措施方案的提出及实施。并提出综采工作面低氧综合防治措施方案。小范围增大风速能加速低氧气体排泄有利于回升重点区域的氧浓度。针对重点防治区域以预防检测为主，设立地面大气压监测和工作面气体监测形成预警监测系统，并采取工作面和采空区分开防治。工作面通过局部增大风流和局部堵漏去防治综采面的低氧气体涌现;采空区通过地表填埋堵漏和阀门排泄气压去防治采空区气体涌出。当采空区和工作面压差过大，使用均压通风可以有效解决低氧问题。各措施之间相辅相成互相作用形成一套可行有效的综合低氧防治方案，经现场实践，低氧问题治理效果显著。
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