张浩然赵耀江谢生荣

(1.太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024;2.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京市海淀区,100083)

沙曲矿采空区瓦斯抽采相似模拟实验研究＊

张浩然1赵耀江1谢生荣2

(1.太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024;2.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京市海淀区,100083)

为了有效治理沙曲矿综采工作面采空区瓦斯隐患,依据流动相似理论和几何相似规律,在实验室建立了比例为1∶50的相似模拟通风系统及采空区模型。模型通过采用“U+L”型通风系统,得到了瓦斯在采空区内的分布特征,确定了综采工作面采空区瓦斯移动规律,该实验结果被应用于确定沙曲矿采空区瓦斯高位钻孔的位置。应用结果表明,根据模拟的结果布置的钻孔瓦斯抽采量稳定,效果显著。

采空区瓦斯 高抽钻孔 相似模拟 运移规律

1 矿井概况

离柳矿区位于山西省西部河东煤田中段,井田煤系地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组,共发育15层煤。煤层平均厚度为2.45 m。其中沙曲矿的4#煤层及其上、下邻近层原始平均瓦斯含量为30 m3/t左右。该矿先后探索了多种瓦斯抽采方法,但采空区瓦斯抽采效果均不佳,大量未能抽采出的瓦斯集中涌入综采工作面,导致上隅角和回风流中瓦斯浓度经常超限,严重影响了矿井安全生产。

2 理论基础及模型的建立

2.1 采空区瓦斯运移相似准则

瓦斯运移的基本方程为:

式中:Dij——扩散系数,m2/s;

Vi——平均速度分量,m/s;

C——采空区瓦斯质量浓度,g/m3;