曹景轩

（国网能源哈密煤电有限公司大南湖一矿，新疆 哈密 839000）

煤自燃是矿井火灾的主要形式[1]，其中采空区煤自燃占60%[2-3]，而向采空区注氮是采空区常用的防灭火方法之一[4-5]。由于现场注氮试验会消耗大量的人力与物力，因而数值模拟是当前确定采空区注氮参数的主要方法[6]。

大南湖一矿1305 工作面所采煤层为低变质褐煤，最短自然发火周期仅为37 d，属于低变质易自燃煤层（Ⅰ级容易自燃煤层），导致采空区面临较为严重的煤自燃威胁。因此，本文基于Fluent 数值模拟软件，开展适合1305 工作面采空区最优注氮方案研究，对预防采空区自然发火事故具有重要意义。

1 Fluent 数值模拟设置

根据1305 工作面的详细尺寸建立了工作面及采空区CFD 模型，工作面及采空区CFD 模型网格划分如图1。1305 胶运顺槽（MG1）及1307 辅运顺槽（MG2，为下一阶段开采工作面预先准备的回风巷）进风，前者进风量972 m3/min，后者进风量994 m3/min，1305 辅运顺槽（TG）回风。采空区瓦斯涌出量500 L/s。1307 辅运顺槽和1305 胶运顺槽通过联络巷（CT）连接，联络巷间间距200 m，1307辅运顺槽掘进头通过局扇通风。底板高度10 m，煤层厚9.8 m，顶板高度50.2 m，模型总高度70 m。采用规则四边形网格划分，网格数为461 196，总节点数570 362 个。采空区自燃“三带”划分方式为：散热带（15%≤O2）；氧化带（5%≤O2＜15%）；窒息带（O2＜5%）。基于质量守恒方程、动量守恒方程及组分运移守恒方程，结合基于“O 型圈”模式的采空区渗透率分布设置，对模型进行了求解。

图1 1305 采空区CFD 模型

2 采空区CFD 基础模型的准确性验证

在注氮方式优化之前，需要首先校对采空区CFD 基础模型。将两巷侧采空区获得的模拟数据与现场煤自燃“三带”采集数据进行对比分析，如图2。……