摘要
采空区遗煤自燃与瓦斯灾害共存的矿井在开采过程中往往面临煤自燃与瓦斯复合致灾的问题。近年来，110工法切顶卸压沿空留巷技术得到广泛的应用，其在提高开采率的同时也加大了采空区的管理难度，切顶留巷暴露在采空区内，导致采空区漏风流场、氧气与瓦斯浓度场发生新的变化。因此，研究110工法工作面采空区漏风及煤自燃与瓦斯复合灾害区域分布对采空区复合灾害协同防治具有重要意义。 论文以铁法大隆矿110工法1505工作面采空区为研究对象，运用Fluent流体力学仿真软件，模拟分析了采空区漏风流场和氧气与瓦斯气体浓度场变化规律，探究了“两进一回”的Y型通风模式不同风速配比和“一进两回”的Y型通风模式采空区漏风以及复合灾害危险区域分布规律;针对切顶留巷漏风与瓦斯浓度超限问题，模拟分析了留巷壁面喷浆防漏风与顶板水平定向长钻孔瓦斯抽采技术协同作用对复合灾害危险区域的影响。主要研究内容及结果如下: （1）通过分析切顶留巷采空区上覆岩层演化与冒落岩块的碎胀分布规律，得到采空区孔隙率的变化函数，发现采空区底板平面上冒落岩块孔隙率呈“铲”状分布。沿工作面倾向方向，采空区内冒落岩块孔隙率由工作面中间位置向上下两侧逐渐增大;沿工作面走向方向，采空区0m-80m范围内冒落岩块孔隙率迅速降低,当达到150m后逐渐稳定在0.1左右。 （2）模拟了不同风速配比与通风模式下采空区漏风变化规律，发现风速配比改变时，工作面向采空区的漏风路线未发生显著改变，但是漏风量明显增加。主要的漏风区域集中在沿倾向210m-231m范围内，而153m-210m范围则是采空区漏风流返回工作面的主要集中区域。“一进两回”的Y型通风模式工作面漏风的主要位置位于0m-12m范围，与“两进一回”的Y型通风模式相比位置恰好相反，并且漏风量也略高于后者。最终得到“两进一回”的Y型通风模式风速配比为1∶1时最有利于减小采空区漏风。 （3）根据采空区氧气与瓦斯气体浓度分布状况，对煤自燃与瓦斯复合灾害危险区域进行研究，得到风速配比增大会扩大自燃带与瓦斯爆炸危险区域的面积，煤自燃与瓦斯复合灾害危险性随之增大。“一进两回”的Y型通风模式增加了近工作面自燃带范围，同时自燃带与瓦斯爆炸区域位置前移，复合灾害危险性更高。 （4）研究留巷喷浆防漏风与顶板水平定向长钻孔瓦斯抽采对复合灾害的协同防治效果，结果表明，留巷壁面喷浆防漏风在减少采空区漏风的同时也改变了漏风路线，留巷侧0m-20m范围成为新的漏风严重区域。留巷侧呈窄条状分布的自燃带基本消失，复合灾害危险区域基本位于沿走向78m-126m范围内，且面积减少39.3％。通过增大顶板水平定向长钻孔瓦斯抽采负压，发现在抽采负压由15kPa增大到20kPa的过程中，采空区自燃带面积、瓦斯爆炸区域面积和复合灾害危险区域面积均发生大的跃变，为满足在高效进行瓦斯治理的同时尽可能降低采空区遗煤自燃危险性，顶板水平定向长钻孔抽采负压参数取值应不大于15kPa。
NETL