高瓦斯易自燃煤层高抽巷瓦斯抽采与浮煤自燃耦合研究_杜瀚林.pdf

Vol.50No.12 Dec. 2019 第 50 卷第 12 期 2019 年 12 月 Safety in Coal Mines 在川南矿区存在较多近距离高瓦斯易自燃煤 层， 工作面瓦斯超限成为回采过程中面临的突出问 题， 科研工作者采用 “一面三巷” 的回采工作面布置 形式，该方法是现今防治工作面瓦斯超限的有效方 DOI10.13347/ki.mkaq.2019.12.037 高瓦斯易自燃煤层高抽巷瓦斯抽采 与浮煤自燃耦合研究 杜瀚林 1， 2， 于贵生1， 2 （1.煤科集团沈阳研究院有限公司， 辽宁 沈阳 110016； 2.煤矿安全技术国家重点实验室， 辽宁 抚顺 113122） 摘要 运用 FLUENT 数值模拟方法对采空区三维耦合场进行研究， 简要概括 FLUENT 流体数 值模拟软件基本理论， 通过对 FLUENT 进行自行编程， 利用开发模型对杉木树煤矿 N3062 工作 面采空区三位耦合场进行模拟分析， 得到漏风流场分布规律。通过理论分析， 确定散热带与自燃 带分界线处氧浓度降低值， 进而准确判定高瓦斯易自燃煤层采空区 “自燃带” 范围， 并通过预先 铺设在采空区中的光纤测温系统进一步判定采空区 “自燃带” 范围。利用实测采空区 “自燃带” 范 围验证数值模拟采空区流场分布准确性， 进一步对不同高抽负压条件下采空区自燃带宽度进行 模拟， 并结合现场实测不同高抽负压条件下回风巷瓦斯浓度及瓦斯抽采率的变化， 确定最佳高 抽负压范围。最后， 采空区三维耦合场数值模拟结果也表明自燃 “三带” 呈现立体分布， 在紧邻支 架后部上方位置存在一个自燃发火危险区域。 关键词 采空区三维耦合场； 自燃三带； 高抽负压； 瓦斯抽放； FLUENT 数值模拟 中图分类号 TD713文献标志码 A文章编号 1003-496X （2019 ） 12-0163-07 Study on Coupling of Gas Drainage and Floating Coal Spontaneous Combustion in High Gas Drainage Roadway of Coal Seam with High Gassy and Spontaneous Combustion DU Hanlin1,2, YU Guisheng1,2 （1.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute, Shenyang 110016, China；2.State Key Laboratory of Coal Mine Safety Technology, Fushun 113122, China） Abstract FLUENT numerical simulation is used to study the three-dimensional coupled field of goaf. The basic theory of FLUENT fluid numerical simulation software is briefly summarized. Through the self-programming of FLUENT, the development model is used to couple the three-position of the goaf of N3062 working face in Sanmu Coal Mine. The field is simulated and analyzed to obtain the distribution laws of the leakage flow field. Through theoretical analysis, we determine the oxygen concentration reduction value at the boundary between the heat dissipation zone and the spontaneous combustion zone, and then accurately determine the “self-ignition zone”range of the high gassy spontaneous combustion coal seam goaf, further determine range of“spontaneous combustion zone”in goaf by optical fiber temperature measurement system laid in goaf. The accuracy of the flow field distribution in the goaf is verified by the “self-ignition zone”of the measured goaf, and the width of the spontaneous combustion zone in the goaf under different high suction and negative pressure conditions is further simulated, combined with the field measurement of different high suction negative pressure conditions. The change of gas concentration and gas drainage rate in the lower return air passage determines the optimal high suction negative pressure range. Finally, the numerical simulation results of the three-dimensional coupled field in the goaf also show that the “three belts”of the spontaneous combustion show a three- dimensional distribution, and there is a spontaneous combustion danger zone near the rear of the support. Key words three-dimensional coupled field in goaf； three zones of spontaneous combustion； high suction negative pressure； gas drainage； FLUENT numerical simulation 163 ChaoXing 第 50 卷第 12 期 2019 年 12 月 Safety in Coal Mines Vol.50No.12 Dec. 2019 式之一，但这在实际矿井生产中易增加采空区遗煤 自燃发火可能性。究其原因，高抽负压不合适是引 起遗煤自燃的重要因素之一。在实际生产中，为防 止上邻近层中瓦斯气体涌入工作面以及工作面瓦斯 浓度超标，采用增大高抽负压值的方法最常使用， 但这将导致采空区中漏风量增加，加宽采空区自燃 带，加大遗煤发火可能性。在高抽负压增大到一定 值时，自燃带宽度大于采空区遗煤自燃极限宽度， 会引起遗煤自燃。但假如高抽负压值过小，则起不 到降低工作面瓦斯浓度值的效果，因此，高抽负压 值的合理选取就成为亟待解决的问题[1]。此外， 以氧 气浓度值划分采空区“自燃带”是目前最常用的方 法之一，但该方法并不能将瓦斯浓度对采空区各区 域氧气值的影响考虑其中，仅适用于低瓦斯矿井， 基于此，在考虑到瓦斯浓度的条件下，采用全新的 氧气浓度法来确定高瓦斯且易自燃采空区自燃带， 并利用预先埋设于采空区中的光纤测温系统实施对 采空区温度的监控。 1采空区模拟的理论基础 利用 FLUENT 模拟混合气体在工作面采空区流 速分布， 质量守恒方程即连续性方程为 ∂ρ ∂t ▽ （ρv） sm（1） 式中 ρ 为密度； t 为时间； v 为速度； sm为加在连 续相上的自定义源的质量。 式 （1） 既可以用于可压缩流体也可用于不可压 缩流体。 利用动量守恒定律， 本次模拟为流动系统， 流动 系统都要满足该定律， 该定律即为 ∂ ∂t（ρv i） ∂ ∂xj（ρv ivj） - ∂p ∂xi ∂τij ∂xj FgFi（2） 式中 vi为 x 方向的速度； vj为 y 方向的速度； xj 为 y 方向微元； xi为 x 方向微元； p 为静压； τij为应力 张量； Fg为重力体力； Fi为微元体上的体力， Fi还包 含附属微元体上的源。 在模拟过程中将采空区视为多孔介质，相比于 标准流体动量方程，还需要外加动量源项，其包括 黏性损失项以及内部损失项 Si 3 j 1 ∑Dijμvj 3 j 1 ∑Cij 1 2 ρ|vj|vj（3） 式中 Si为 x、 y、 z 方向上的动量源项； Dij与 Cij 为规定矩阵； μ 为采空区气体的动力黏度。 多孔介质单元中流动的流体，要考虑压力梯度 受动量损失影响， 流体速度与压降成比例。 在多孔介质中流动的层流，速度同压力降构成 比例， 可以定义其内部损失项为 0， 在不考虑扩散以 及对流加速的条件下，简化后多孔介质模型满足 Darcy 定律 ▽ρ- μ α v（4） 式中 ▽ρ为压力梯度； α 为系数。 由热梯度以及浓度导致分子扩散，会控制气体 在采空区中的运移， 此外， 压力梯度造成质量流也是 控制采空区气体运移主要动力。由 Fick 定律得 JiρDim∂Xi ∂xi - Di T T ∂T ∂xi （5 ） 式中 Ji为第 i 种气体在混合气中扩散流量； Dim 为混合气体中的扩散系数； Xi为每种气体所占质量 分数； Di T为热扩散系数； T 为温度[2-3]。 2数值分析模型的建立 1） 模型简化。模型建立中， 要将次要因素忽略， 将主要因素考虑在模型中，该工作面所在 B34 煤 层平均倾角为 18， 根据现有资料， 该工作面所在煤 层自西向东倾伏角为-10。 煤层倾角不大， 属于缓倾 斜煤层， 因此， 将上覆岩层和煤层简化为水平情况进 行处理。同时， 在工作面推进过程中， 位于采空区上 部裂隙带中的高抽巷会沿着裂隙带中岩层向下弯 曲， 该曲线呈负指数， 经过理论计算， 采空区中最大 沉降量只有 2.86 m， 所以， 在模型建立中， 假定高抽 巷始终平直。与此同时，还将周围煤岩体与采空区 之间看作密不透风。 2） 边界条件。模型进风巷入口边界条件定义为 pressure-inlet， 流入该边界气体为标准状态下空气， 氧气所占体积分数为 21。此外， 出口边界均定义 为 pressure-outlet， 其中出口边界有回风巷以及高抽 巷。通过在该矿实地观测得知，在该工作面回采期 间， 高抽巷抽采负压并非恒定值， 因此本次模拟依次 选用高抽巷在现对现场生产中不同时期几种负压值 进行观察。模拟过程中，工作面进风巷压力定义为 0 Pa， 令回风巷处压力为-150 Pa， 模拟过程中将采 空区看作多孔渗流场区域， 选用 UDF 设置采空区中 渗透率以及空隙率。 3采空区自燃 “三带” 划分 3.1基于氧浓度法划分采空区自燃 “三带” 确定散热带与自燃带分界氧浓度。首先， 考虑 2 164 ChaoXing Vol.50No.12 Dec. 2019 第 50 卷第 12 期 2019 年 12 月 Safety in Coal Mines 种情况①采空区中渗入的漏风流中不含瓦斯， 该 气体为新鲜风流 （氧浓度 CO 220.96） 时； ②渗入采 空区气体为与上面情况流量相同的含瓦斯空气时， 含瓦斯浓度为 CCH 4，该种情况下氧浓度是 CO2 20.96 （1-CCH 4） 。那么， 在同一个采空区中， 浮煤堆 放厚度，垮落矸石压实程度，风压差以及供风量大 小， 漏风源、 汇强度及地点， 工作面推进速度完全一 致。也就是说， 采空区漏风分布相同， 漏风速度也对 应相等，可以明确一点，应用漏风风速法所确定的 以上 2 种情况下的 “自燃带” 以及 “散热带” 所处的 位置应该完全统一[4-6]。 因为此矿井为高瓦斯矿井，采空区漏风流中含 有一定量瓦斯，导致 2 种情况下采空区中氧气浓度 值不同， 根据以上论述， 不难得出， 2 种情形下， 处在 “自燃带” 和 “散热带” 分界处氧浓度也会相应发生 变化。 耗氧速率 V 与氧浓度值近似为线性关系， 采空 区内部任意一条漏风流线上氧浓度随时间变化满足 微分方程， 可表示为 dCO 2kCO2dt， 对该式两端进行 积分， 得公式 lnCO 2ktC （6） 式中 k 为系数； C 为自由变量。 定义每条漏风流线起点， 漏风流入口处 t0， CO 2 20.96； 定义自燃带与散热带分界， 即 tt0时， CO 2 18。可得 kt0ln 18 20.96 （7） 式中 t0为漏风流自漏风起点流到自燃带与散 热带交界处所用的时间。 矿井实际采空区漏风流是含有瓦斯气体的， 但 采空区漏风流场分布与无瓦斯条件下一致，则漏风 流线上氧浓度随时间变化关系依然满足式 （6） ， 不 同的是， 当 t0 时， CO 20.209 6 （1-CCH4） ， 将该氧气 浓度值代入式 （6） Cln[0.209 6 （1-CCH 4） ] （8） 然后，当到达自燃带与散热带分界时，即 tt0 时， 将式 （7） 与式 （8） 代入式 （6） 中， 得到 CO 20.18 （1-CCH4） （9） 终上所述，可以得到渗入采空区中的含瓦斯风 流在散热带途中所消耗氧浓度值。 △CO 20.029 6 （1-CCH4） ， 暂且称△CO2为氧浓度 在散热带部分消耗量。 含有瓦斯漏风流在散热带流动途中， 氧浓度在散 热带部分消耗量△CO 2＜2.96。同时， 在低温氧化反 应过程中， 会产生较少的 CO、 CO2等气体。假定不考 虑低温氧化过程所产生气体， 根据现场实际， 瓦斯浓 度仅仅上升为最初的 1.03 倍， 散热带中， 瓦斯浓度变 化可以忽略， 定义在散热带部分瓦斯浓度为恒定值。 将散热带瓦斯浓度看作均匀分布，定义 CCH 4为 散热带瓦斯浓度平均值。 最终可以得到散热带与自燃带分界处氧气浓 度，就是渗入采空区初期含瓦斯风流中氧浓度值与 该风流在散热带中消耗值之差。即为 CO 20.209 6 （1-CCH4） -0.029 6 （1-CCH4） （10 ） 经现场实测，在离工作面较近的采空区中瓦斯 浓度值基本维持在 6上下， 因此， 取散热带中瓦斯 浓度平均值 CCH 46， 因为在没能明确自燃带和散热 带分界位置情况下无法准确判定该分界线上瓦斯浓 度值 CCH 4，这进一步导致该分界线上氧浓度值 CO2 20.96 （1-CCH 4） -2.96 （1-CCH4） 也无法确定。故无法 根据氧浓度值直接明确自燃带和散热带的分界线。 基于上文散热带与自燃带分界氧浓度确定， 可 知实际由于低温氧化消耗的氧浓度值△CO 22.96 （1-CCH 4） 2.78。 距离工作面不同位置上氧浓度降低值 △CO 2 ′20.96 （1-CCH 4） -CO2 （11 ） 式中 △CO 2 ′为测点氧浓度氧化降低值； CCH 4为测 点实测瓦斯浓度； CO 2为测点实测氧浓度。 定义△CO 2值为 2.78时开始进热氧化带。 选取的各测点位置为测点 A1 位于工作面开 切眼上距进风巷 17 m 处， 测点 A2 位于工作面开切 眼上距进风巷 47 m 处， 测点 A3 位于工作面开切眼 上距进风巷 77 m 处， 测点 C2 位于进风巷距开切眼 40 m 处，测点 C4 位于进风巷距开切眼 80 m 处， 测 点 B2 位于回风巷距开切眼 40 m 处，测点 B4 位于 回风巷距开切眼 80 m 处。测点 C2、 C4、 A2、 A4、 A3、 B2 采空区不同埋深气体浓度见表 1～表 3。 采空区各 测点氧浓度变化折线图如图 1。基于氧体积分数采 空区自燃 “三带” 范围见表 4。 3.2基于温度指标法划分采空区自燃 “三带” 对 N3062 工作面在回采过程中进行温度测定， 可以更加直观的了解采空区垮落矸石与遗煤的氧化 程度。通过分析采空区温度的分布，了解采空区各 深度自热氧化程度，进而为有效防治采空区自燃提 供依据。 165 ChaoXing 第 50 卷第 12 期 2019 年 12 月 Safety in Coal Mines Vol.50No.12 Dec. 2019 位置测点散热带/m自燃带/m窒息带/m 进风巷 C2 C4 0～58.0 0～58.0 58.0～104.8 58.0～104.8 ＞104.8 ＞104.8 中部 A1 A2 A3 0～65.2 0～61.6 0～40.0 65.3～104.8 61.6～97.6 40.0～65.2 ＞104.8 ＞97.6 ＞65.2 回风巷B20～22.022.0～40.0＞40.0 图 1采空区各测点氧浓度变化折线图 表 4基于氧体积分数采空区自燃 “三带” 范围 表 1测点 C2、 C4 采空区不同埋深气体浓度 S/m 测点 C2测点 C4 CO 2/ CCH 4/ △CO 2/ CO 2/ CCH 4/ △CO 2/ 50.8 54.4 58.0 61.6 65.2 17.21 16.14 15.98 15.12 14.78 9.11 9.89 10.38 11.27 13.21 1.84 2.74 2.80 3.40 3.41 17.23 16.52 15.77 15.42 14.98 10.01 10.53 11.26 12.26 14.05 1.63 2.23 2.82 2.97 3.03 表 2 测点 A2、 A4 采空区不同埋深气体浓度 S/m 测点 A2测点 A4 CO 2/ CCH 4/ △CO 2/ CO 2/ CCH 4/ △CO 2/ 58.0 61.6 65.2 68.8 16.98 16.62 15.91 15.69 9.67 10.11 10.58 11.34 1.95 2.22 2.83 2.89 15.98 14.90 14.58 13.69 14.21 15.22 16.21 16.71 2.01 2.86 2.98 3.76 表 3 测点 A3、 B2 采空区不同埋深气体浓度 S/m 测点 A3 S/m 测点 B2 CO 2/ CCH 4/ △CO 2/ CO 2/ CCH 4/ △CO2/ 36.4 40.0 43.6 16.69 16.01 14.36 8.99 10.11 11.32 2.38 2.83 4.22 18.4 22.0 25.6 18.36 16.25 13.21 7.21 8.04 9.32 1.08 3.02 5.79 依据温升速率划分采空区自燃 “三带” ， 在温升 速率高于 1 ℃/d 时， 认为采空区进入自燃带， 根据上 面采空区温度变化折线图， 最终得到采空区中部、 进 风侧以及回风侧自燃 “三带” 范围与上文中氧气浓度 指标所划分自燃 “三带” 区域基本一致。测点温度变 化折线图如图 2。 依据温升速率划分采空区自燃 “三带” ， 在温升 速率高于 1 ℃/d 时， 认为采空区进入自燃带， 根据上 面采空区温度变化折线图， 最终得到采空区中部、 进 风侧以及回风侧自燃 “三带” 范围与上文中氧气浓度 指标所划分自燃 “三带” 区域基本一致。 4实测及数值模拟结果 4.1高抽巷负压对风排瓦斯的影响 在工作面实际生产中，监测高抽巷不同抽采负 压条件下所抽采的混合气体流量，定义该流量与工 作面流入风量比值为抽采系数 θ。高抽巷抽采流量随 θ 值增大而增加， 当高抽巷抽采负压分别为-1 000、 -2 000、 -3 000、 -4 000 Pa 时， 抽采系数 θ 值依次为 0.004、 0.005、 0.008、 0.011。借助气相色谱仪， 并在高 抽巷不同抽采负压情况下，对采空区气体组分进行 化验，得出在不同抽采负压条件下采空区瓦斯浓度 值； 接下来分析在不同抽采负压条件下， 采空区瓦斯 浓度以及氧化升温带变化规律，从而确定最佳抽采 负压。高抽负压对瓦斯抽排的效果见表 5。 由表 5 可以看出 在抽放负压升高过程中， 高抽 巷抽放浓度虽然有所下降，但瓦斯抽放纯流量在不 断增加，与此同时，回风巷瓦斯抽放纯流量有所减 少， 进而降低回风巷瓦斯浓度超限可能性。 高抽巷抽采负压升高导致抽采率也升高，但在 抽采负压增大过程中， 抽采率上升幅度越来越小， 当 抽采负压由 1 000 Pa 变为 2 000 Pa 时， 抽采率值向 图 2测点温度变化折线图 注 S 为推进度。 166 ChaoXing Vol.50No.12 Dec. 2019 第 50 卷第 12 期 2019 年 12 月 Safety in Coal Mines 图 6高抽负压 1 000 Pa 时自燃带分布 图 5高抽负压 0 Pa 时自燃带分布 表 5高抽负压对瓦斯抽排的效果 上浮动 6.44，当抽采负压由 2 000 Pa 变为 3 000 Pa 时， 抽采率值仅向上浮动 2.07， 更进一步， 在负 压由 3 000 Pa 变为 4 000 Pa 时，抽采率仅上调 1.28， 由此可以说明， 当抽放负压到达一定值时， 在此数值上在增加抽放负压对瓦斯抽采率没有多大 帮助，而这要求技术难度越来越高，并且经济成本 也升高。 高抽巷抽放混合流量值随抽放负压升高明显上 升，同时回风巷混合流量确有所降低，当高抽负压 由 1 000 Pa 变为 2 000 Pa 时， 高抽巷中混合流量增 大 108， 回风巷混合流量下降 9； 负压在 4 000 Pa 时比在 1 000 Pa 时， 高抽巷混合流量增加 308， 回 风巷混合流量降低 19.7， 据此可以看出， 抽放负压 升高，对回风巷混合流量作用也越来越强。高抽负 压与回风巷瓦斯浓度关系曲线如图 3。 该工作面回风巷瓦斯浓度 CCH 4 R 与高抽负压 p 之 间关系拟合曲线方程为 CCH 4 R 0.980 3e -210-4p （12 ） 式中 CCH 4 R 为回风巷瓦斯浓度， ； p 为高抽负 压， Pa。 本拟合方程决定系数 R20.991 8＞0.7，说明该 拟合方程可信[7-8]。 4.2高抽巷抽采负压对采空区 “自燃带” 影响 经现场实测， N3062 工作面回采中期高抽负压 始终维持在 2 000 Pa 左右， 在 FLUENT 流场模拟中 将高抽负压设定为 2 000 Pa， 高抽负压 2 000 Pa 时 自燃带分布如图 4，该模拟结果与现场实测值基本 吻合，验证了该模拟的准确性。为反应出高抽负压 对遗煤自燃造成的影响，进一步对高抽负压分别为 0、 1 000 Pa 时进行模拟 （图 5、 图 6 ） 。 由图 4～图 6 不难看出 采空区进、 回风巷以及 采空区内部具有自燃发火危险性的区域，该数值区 域与现场实测 “自燃带” 基本一致， 验证了模拟的准 高抽 负压 /Pa 高抽巷回风巷 抽采 率/ 混合 流量/ （m3 min-1） 浓度 / 纯流量 / （m3 min-1） 混合 流量 / （m3 min-1） 浓度 / 纯流量 / （m3 min-1） 0 1 000 2 000 3 000 4 000 0 76.5 159.5 241.2 312.5 0 63.31 44.36 32.85 26.76 0 48.43 70.75 79.23 83.62 992.0 995.5 942.5 880.8 799.5 0.99 0.83 0.65 0.56 0.48 9.82 8.26 6.12 4.93 3.83 0 85.42 92.03 94.14 95.62 图 3高抽负压与回风巷瓦斯浓度关系曲线 图 4高抽负压 2 000 Pa 时自燃带分布 167 ChaoXing 第 50 卷第 12 期 2019 年 12 月 Safety in Coal Mines Vol.50No.12 Dec. 2019 图 7沿煤层走向方向 y50 m 切面采空区漏风 表 6自燃带范围模拟数据 高抽巷负压/Pa进风侧自燃带范围/m 回风侧自燃带范围/m 0 1 000 2 000 20 32 42 18 24 18 确性。 通过现场观测， 发现高抽巷会对采空区 “三带” 分布产生不可忽视的影响， 进一步对采空区遗煤自燃 造成影响。因此，对抽放负压分别为 0、 1 000、 2 000 Pa 的情况进行模拟， 自燃带范围模拟数据见表 6。 由上面图、 表可以看出， 采空区进风侧自燃发火 危险性区域随高抽负压上升而加宽，在数值模拟结 果基础上绘制出高抽负压 p 和进风侧自燃带宽度 L 关系拟合曲线， 曲线方程如下 L0.011p20.333（13） 决定系数 R20.9973＞0.7， 说明本拟合方程可信。 4.3高抽巷最优抽放负压安全范围 根据分析可以得知，风排瓦斯浓度以及自燃带 宽度受高抽负压影响较大，因此确定最优高抽负压 范围对保证工作面安全生产很有必要。 在矿井实际生产中，采空区瓦斯涌出量一般不 是恒定值，上文中选取实测瓦斯浓度值为特定时间 地点并且具有一定代表性的值，在矿井实际生产 中， 会发现， 当基本顶初次来压以及周期来压时， 将 出现瞬间瓦斯涌出量陡增的现象，因此要给风排瓦 斯浓度值一个富余系数 α1.25， 那么此时风排瓦斯 浓度上限值为 0.8， 将该值导入式 （12 ） ， 可得高抽 负压下限值为 1 017 Pa。 已知该工作面平均回采速度为 3.6 m/s， 最短自 燃发火期 18 d，可得到采空区自燃带上限宽度为 64.8 m； 将该值代入式 （13） 中， 得到高抽负压上限为 4 042 Pa，综上，得到高抽负压最佳范围是 1 017 Pa＜p＜4 042 Pa。 但根据该煤矿实际情况以及运行的经济成本， 高抽负压值越小越有利于工作开展，最终确定的高 抽负压最佳范围是 1 017 Pa＜p＜1 517 Pa[9-10]。 4.4采空区立体流场分布 相比于以往采空区自燃 “三带” 划分， 在本次模 拟中考虑了对采空区自燃发火“三带”三维立体空 间中分布研究，沿煤层走向方向 y50 m 切面采空 区漏风如图 7。可以较为直观看出在临近回采工作 面支架后部上方存在立体空间，空间中漏风流速为 0.1～0.24 m/min,该区域应该被视为防治采空区自燃 发火重点监控对象。 5结论 1 ） 对于高瓦斯易自燃煤层采空区， 选用完全由 低温氧化而引起的氧浓度降低值即散热带氧浓度氧 化降低值来判定散热带与自燃带分界线更为准确。 2） 通过现场实测各测点推进过程中采空区温度 变化， 进而确定采空区 “自燃带” 分布， 与氧气浓度 法划定 “三带” 范围基本一致， 说明氧气浓度指标法 与温度指标法划分 “三带” 范围吻合性很好， 进一步 肯定了研究结果的精准性。 3） 借助竖管监测系统， 现场实测实验工作面在 不同高抽负压情况下风排瓦斯情况， 数据表明， 伴随 高抽负压值的升高， 回风巷瓦斯浓度值不断减小， 但 该值降低的幅度确越来越小。简言之，随高抽负压 值不断增长， 抽采率上升幅度越来越小。 4） 通过数值模拟采空区自燃带宽度在不同高抽 负压条件下的范围， 结果表明， 随高抽负压值升高， 回风侧自燃带宽度变化不明显，但进风侧自燃带宽 度明显增加， 进而增大了采空区遗煤自然发火危险。 5） 通过现场实测与数值分析， 并结合实验工作 面现场情况，得到高抽负压最佳范围是 1 017 Pa＜ p＜1 517 Pa。 6） 得出采空区自燃 “三带” 会呈现出立体分布， 即在邻近工作面支架后上方存在 1 个自燃带区域， 对于留顶煤工作面该区域也应当作为防治采空区自 燃的重点。 参考文献 ［1］ 张国枢．通风安全学 ［M］ ．徐州 中国矿业大学出版社， 2011 249－250． ［2］ 梁运涛， 张腾飞， 王树刚， 等．采空区孔隙率非均质模 168 ChaoXing Vol.50No.12 Dec. 2019 第 50 卷第 12 期 2019 年 12 月 Safety in Coal Mines 型及其流场分布模拟 ［J］ ．煤炭学报， 2009， 34 （9） 1203－1207． ［3］ 孔祥言．高等渗流力学 ［M］ ．合肥 中国科技大学出版 社， 2010 41－46． ［4］ 徐精彩．煤自燃危险区域判定理论 ［M］ ．北京 煤炭工 业出版社， 2001． ［5］ 崔凯， 张东海， 杨胜强．采空区遗煤自燃带确定及风流 场数值模拟 ［J］ ．山东科技大学学报 （自然科学版） ， 2002， 21 （4） 88－92． ［6］ 谢军， 薛生．综放采空区空间自燃三带划分指标及方 法研究 ［J］ ．煤炭科学技术， 2011， 39 （1） 65－68． ［7］ 刘星魁， 刘鹏飞， 朱红青．高位巷瓦斯抽采下采空区自 燃危险性数值分析及应用 ［J］ ．中国安全科学学报， 2012， 22 （11） 120－125． ［8］ 褚廷湘， 余明高， 杨胜强， 等．瓦斯抽采对 U＋II 型近距 离煤层自燃的耦合关系 ［J］ ．煤炭学报， 2010， 35 （12） 2082－2087． ［9］ZHU Hongqing, LIU Xingkui, ZHANG Ruming, et al. 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