采空区瓦斯流动分布规律
黄陵矿业一号煤矿采空区瓦斯规律
采空区瓦斯涌出量，在一般的回作用减小，因而瓦斯浓度增高。
在采斯浓度分布规律是否一致，考察其采采工作面瓦斯涌出构成中占有最大的空区深处，随时间的推移，瓦斯浓度空区瓦斯浓度分布规律的一般性和特比例。
特别是随着采煤工艺的进步，会日趋平均。
殊性本次工作选取了304工作面和众多的大型矿井多采用综采方式、长 2.在垂直方向。
在垂直方向上，603工作面。
壁布置，采煤量大，工作面顺槽较由于瓦斯受浮升力的作用，使采空区 1.观测方法。
本次采用采空区埋长，因此工作面瓦斯涌出量较大，采顶板附近的瓦斯浓度高于采空区底板管定点取样实测法来分析采空区瓦斯空区也较长。
而采用U 型通风加上工附近的瓦斯浓度，并且这种分布特点浓度分布情况。
测试管路系统具有以作面下隅角端头封堵不及时就不可避适用于整个采空区。
下功能：①能通过管路系统抽取各测免的导致工作面相当大的一部分风量 3.在沿工作面方向。
在沿工作面点的气样并测定气样的瓦斯浓度。
②漏入采空区，使得回风巷的上隅角瓦方向上，在漏风流影响到的区域，进相对工作面而言，随着工作面向前推斯涌出得不到有效稀释并随时有超限风侧的瓦斯随风流向回风侧运移，导进，各测点不断地向采空区后方移的危险。
研究采空区瓦斯浓度分布和致回风侧瓦斯浓度的增大；在远离工动，从而能测定出到工作面不同距离高浓度区域，对确定瓦斯抽放参数十作面，漏风流涉及不到的地方，这种的瓦斯浓度，能测出采空区瓦斯浓度分重要，它直接影响瓦斯抽放量、抽回风侧比进风侧瓦斯浓度高的分布特分布状况。
放浓度等参数。
所以，采空区瓦斯涌点并不明显。
2.埋管定点取样实测法的布置方出规律的研究，对有效地提高抽放效案。
根据试验目的和采空区的岩石冒4.在邻近层瓦斯涌入量较小的采果，消除或减轻工作面瓦斯威胁，提空区。
在邻近层瓦斯涌入量较小的采落特点以及工作面巷道支护情况，高工作面安全水平，有效地利用瓦斯空区，采空区瓦斯的分布以本煤层吸304工作面布置的测试管路系统见图资源具有重大意义。
沿空留巷综放工作面采空区瓦斯运移规律
关键词 沿 空 留巷 ； 综放 面 ； 瓦斯运 移 中 图分类 号 ： Ｔ Ｉ ） ７ ｌ ２ ． ２ 文 献标 志码 ： Ａ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ０ ７ ９ ７ （ ２ ０ Ｉ ７） ０ ４ — ０ ０ ４ ４ — ０ ３
Ｔｈｅ Ｍｉ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｌａ ｗ ｏ ｆ Ｇａ ｓ ｉ ｎ Ｇｏ ａ ｆ ｏ ｆ Ｆｕｌ ｌ ｙ－ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｚ ｅ ｄ Ｍ ｉ ｎｉ ｎ ｇ Ｆａ ｃ ｅ ｗｉ ｔ ｈ Ｇｏ ｂ －ｓ ｉ ｄ ｅ
ｌ 沿 空 留 巷 综 放 工 作 面 基 本 概 况
｝ Ｉ １ ｆ 南 矿 ｌ ４ ２ ｌ 】ｆ ｆ ｝ 巷综放 ｒ 作而位 于 ｌ ４
汞Ｉ 卜Ｉ Ｊ ｌ 尔 卜 部 ，… ＿ 已 回 采结 束 的 １ ４ １ ９ １ 综 放
Hale Waihona Puke ｌ ｆ １ Ｉ ｌ ｆ 阶段 煤 ¨ ． Ｉ ｊ ｌ ４ １ ９ １ 运输平 巷Ｉ ｉ ｉ Ｊ 隔煤 柱 厚 度 ３ ｒ ｉ ｉ ， 川 Ｊ Ｌ 。 捌 巷 的 式 进 行 巷道 布 置 ， 下 临 末
煤 矿 现 代 化
２ ０ １ ７ 耳第４ 期
总第１ ３ ９ 期
沿 空 留巷 综 放 工 作 面 采 空 区瓦 斯 运 移 规 律
冯晋 荣
（ 山 西新 景 矿煤 业 有 限责 任 公 司 ， 山 西 阳 泉 ０ ４ ５ ０ ０ ０ ）
摘 要 本 文结合 河 南 某矿 １ ４ ２ ｌ １ 沿 空 留巷 综放 工作 面 实 际 ，结合 渗 流 力学及 流体 力学理论 建立 采 空 区 瓦斯运 移数 学模 型 ， 利用 Ｆ Ｉ Ｕ Ｅ Ｎ ｒ 数 值 模拟 软 件模 拟 得 出 了沿 空 留巷综 放 工作 面采 空 区 瓦斯 运 移分 布规 律 结 果表明 ： 采 空 区瓦斯浓 度 沿深 度 方向呈 增 大趋 势 ， 回 风侧 瓦斯 浓度 高 于进 风侧 ， 上部 区
采空区瓦斯流动规律CFD数值模拟的误差分析
（ 四川省安全科 学技术研 究院， 四川 成都 ６ ０ １ ） １ ０ ６
要 ］ 以阳泉 三矿 Ｋ８０ ２ ６综放 面 为模 型 ， 用 ＣＦ 数 值模 拟 方 法对 其采 空 区瓦斯流 动及 采 Ｄ 分 布规律 进行 了数值模 拟研 究 。为 了分析 数值 模 拟 结果与 现场 实测 数据 的误 差 ， 建 立 了３ 条考察标准。考察结果表 明， 工作 面瓦斯浓度分布规律与现场实测的是 吻合 的； 回风巷 、 内错尾 巷 、 高抽巷 的 瓦斯 浓度 误 差 分别 为 ６ ５ ． ２ ％， ％、 ９ ％、５ 回风巷 、 ２ 内错 尾巷、 高抽 巷 的风 速 误 差 均 小 于 １ ％； 空 区压 实 区的风 流 流 态 为层 流 ， ０ 采 离层 区风 流 流 态为紊 流 与过 渡流 。 ［ 关键词 ］ 瓦斯流动规律 ； 数值模拟 ； 误差分析 ［ 中图分类号 ］Ｔ １￣ ２ ［ Ｄ７２． 文献标识码 ］Ｂ ［ ５ 文章编号 ］１７ － ４（ １） － ２ － ６２ ９３ ０ １ ３０ ０ ３ ９ ２ ０ ０ ０
所示 。
（） ２ 工作面采用“ ＋ ｕ 尾巷型通风方式 ”高抽 ， 巷抽采采空区和邻近层 瓦斯的条件下各条巷道的 风量及瓦斯浓度值 ， 将数值模拟结果与之对 比， 算 出模拟数值的误差 。 （） ３ 相关 资料表明Ｅ １ ］， － 采空区的离层区内风 ２ 流流态为紊流与过渡流并存 ，压实区内风流流态 为层流。 采空区多孔介质内风流流态用雷诺数 Ｒ ｅ 来 判别 。
量 扩散 。
１ 理论基础
Ｃ Ｄ模拟研究是 为了得到流体流动控 制方 Ｆ 程 的数 值 解 法 ，其 基 础 是 建 立 Ｎ ｖ ｒＳｏｅ 方 ａｉ— ｔｋｓ ｅ 程 ，对质量和动量的守恒方程进行求解 。在研究
矿井瓦斯涌出
第二章矿井瓦斯涌出 煤层与围岩属于孔隙 — 裂隙结构体。
当煤层 遭受采动影响导致煤层内存在瓦斯压力差时，煤 层中就会出现瓦斯由高压的地点流向低压的地 点。
瓦斯在煤层孔隙裂隙中的流动过程是非常复 杂的。
同时，煤层孔隙与裂隙的闭合程度对地应 力的作用也很敏感，地应力增高时，其闭合程度 增大，透气性变小，而地应力降低 ( 卸压 ) 时，裂 隙伸张，透气性系数可以增大几个数量级。
安全工程学院 李忠辉安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律1．煤层瓦斯流场分类 概念：煤层内瓦斯流动空间的范围称为流场。
在流场 内，瓦斯呈现流动，可用流向、流速与压力来描述。
1) 按流向分类 单向流动：只有一个 方向有流速，其它两 个方向流速为零。
如 薄及中厚煤层中的煤 巷周围煤壁内的瓦斯 流动。
安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律(2)径向流场：在x、y、z 三维空间内，在两个方 向有分速度，第三个方 向的分速度为零。
并且 其等瓦斯压力线平行煤 壁呈近似同心圆形。
例 如石门、竖井、钻孔垂 直穿透煤层时的流场。
安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律(3)球向流场：在x、y、z三维空间内，在三个方向都 有分速度，并且其等压力线近似为球面。
例如钻孔或 石门刚进入煤层时以及采落的煤块从其中涌出瓦斯的 流动都属于这一类 。
2钻孔/巷道 3等压线 1煤层实际井巷煤壁内 的瓦斯流场是复 杂的，是几种流 场的综合。
安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律2)按稳定性分类 按流场在时间上有无变化，可分为稳定和非 稳定两类。
¾稳定流场：流场中任何一点的流速、流向和瓦 斯压力均不随时间变化。
¾非稳定流场：流场中的流速、流向或瓦斯压力 中至少有一参数随时间变化。
煤层暴露初期的瓦斯流场都是非稳定流场(因为 瓦斯源来自于流场煤体本身所含的瓦斯 )，其煤体 瓦斯含量或瓦斯压力随时间而变化。
论述回采工作面或采区巷道中采用下行风有无危险
论述回采工作面或采区巷道中采用下行风有无危险摘要：关键字：回采工作面下行通风有无危险长期以来由于对下行风存在一些不同认识，使得下行风的使用受到了一定的限制。
随着采矿工业的发展，矿井高温、粉尘和瓦斯等灾害也日趋严重，解决这些问题的有效措施之一，就是在回采工作面使用下行通风。
因此，国内外下行通风的使用愈来愈广泛。
20世纪60年代以来，我国先后在XX、中梁山、蒲白等23个局46个矿l71个回采工作面使用下行通风。
目前中国煤矿工作面下行通风多用在缓斜、有煤尘爆炸危险、有自然发火、低瓦斯矿井。
在国外，1960年西德首先使用下行通风，以后逐年增加，原苏联顿巴斯矿区、美国的宾夕法尼亚州中部的一些矿井、日本的常盘煤矿和三池煤矿以及英国等一些国家的矿井都广泛使用了下行通风，而且比重越来越大。
但是，我们在回采工作面或采区巷道中采用下行通风有无危险？瓦斯是煤矿灾害之首，通风是瓦斯防治的基础，采用下行通风的方法对瓦斯防治及其它方面的安全管理又有起何作用？我们只有深入了解其中，才能判断其是否存在危险。
一、下行通风时回采工作面瓦斯涌出及分布规律1、东峡煤矿为低瓦斯、一级自然矿井，煤层倾角为38°～42°。
采用走向长壁倾斜分层采煤法，全部陷落法管理顶板，由于大倾角煤层回采后顶板冒落的特点，在工作面上部采空区易形成较大的空间，采用上行通风时，瓦斯极易在上隅角积聚，并长期存在，浓度最高时达3.5％，严重影响工作面的安全生产。
采用导风板、水力引流等方法均不能解决上隅角瓦斯积聚问题。
为此，在进行下行通风技术的可行性研究的基础上，于32109—2工作面进行了为期2O个月的上、下行通风试验，试验结果表明，在低瓦斯矿井条件下，下行通风技术能够有效地解决上隅角瓦斯积聚和瓦斯在工作面顶部积聚的问题，是一种经济、安全的通风方法。
2、工作面下行风时，无论瓦斯涌出地点如何、倾角多大、风速多高，由于风流方向和瓦斯浮力方向相反，完成一定的混合过程所需能量减少，使得风流和瓦斯的混合能力比相同条件下上行通风时的混合能力强，倾角越大，二者的差别愈大。
回采工作面瓦斯涌出规律及主要影响因素分析
回采工作面瓦斯涌出规律及主要影响因素分析摘要：影响采空区瓦斯涌出量的主要因素是多方面的，除瓦斯地质因素外，主要有顶板控制、回采工序、风量变化、通风方式。
通过分析回采工作面采空区瓦斯涌出现象及规律，掌握影响回采工作面采空区瓦斯涌出的主要因素，以便采取相应的瓦斯治理方法，保证采面正常回采。
关键词：瓦斯涌出规律主要因素治理10300采区采面为对拉式回采面，煤层厚度0.90m～1.30m，煤层倾角约8°,无烟煤，面长90m，走向长壁后退式炮采，单体液压柱支护，充填法控制顶板；采用上出口主进风，中间运煤巷辅助进风，下出口回风。
采面在回采过程中，多次发生过瓦斯异常涌出，严重影响了采面正常生产。
1瓦斯来源分析在开采初期，高瓦斯采面风流瓦斯浓度在0.11%～0.35%，采面回风隅角瓦斯浓度在0.35%～0.90%，采面回风流瓦斯浓度在0.22%～0.65%。
顶板初期来压后，高浓度瓦斯大量由采空区涌向回风隅角，瓦斯浓度在1.25%～9.0%，采面回风流瓦斯浓度在0.5%～2.5%，面上风流瓦斯浓度没有大的变化。
经分析可知，采面回风隅角、回风流瓦斯浓度高的原因，在于采空区高浓度瓦斯大量涌出的结果。
2 回采工作面瓦斯涌出规律通过分析资料，回采工作面瓦斯涌出量的大小与工作面所在的区域有关，受回采工艺的影响很大，并且随开采工艺的变化回采工作面瓦斯涌出的来源也有所不同，既有本煤层、本煤层采空区、邻近采空区和邻近层采空区涌出的瓦斯量不同。
2.1 本煤层与本煤层采空区瓦斯涌出开采初期，回采工作面风量充足，工作面瓦斯涌出量比较稳定，瓦斯涌出无异常现象，且瓦斯涌出量约为0.6m3/min。
开采一段时间后，采空区面积增多，煤层和围岩的瓦斯大量涌入到采空区，在通风负压的作用下，高浓度瓦斯从采空区涌出到回采工作面的回风隅角，造成回采工作面回风流瓦斯浓度超限，瓦斯涌出量高达21.8 m3/min。
2.2 邻近采空区瓦斯涌出回采工作面开采前，位于同一煤层的邻近采面已经开采结束。
采空区瓦斯运移规律数值模拟
论文题目：采空区瓦斯运移规律数值模拟专业：应用数学硕士生：李书兵（签名）_____________ 指导教师：曹根牛（签名）_____________摘要长期的生产实践证明，矿井瓦斯运移规律预测是瓦斯防治不可缺少的重要技术环节。
矿井瓦斯是煤矿生产过程中主要的不安全因素，瓦斯灾害是威胁我国煤矿安全生产的最主要灾害，所以加强对瓦斯灾害的治理是保障矿井安全、高效生产的必要前提，瓦斯的运移、分布规律对矿井的设计、建设和开采都有重要影响。
随着开采深度和产量的增加，瓦斯潜在的影响更加显著，其模拟结果的正确与否，将直接影响矿井的技术经济指标。
为此，提出了研究矿井“采空区瓦斯运移规律的数值模拟”研究课题。
本文通过对陈家山矿416工作面采空区的长期实验观测，得到了采空区瓦斯分布的数据，首先分析了该采空区瓦斯主要来源于邻近层涌入的瓦斯和本煤层开采涌出的瓦斯，并对影响采空区瓦斯运移的因素进行层次分析法分析，得出漏入采空区的氧气是影响采空区中瓦斯运移最重要的因素，其次运用数学中的迭代方法对采空区中的非线性渗流方程进行改进，划分出该采空区中不同的流态区域，最后在总结目前采空区瓦斯运移特点、运移规律预测及数值模拟的研究的基础上，建立采空区与巷道风流流动场方程的数学模型，运用FLUENT软件进行数值模拟，以图形的方式展示了采空区瓦斯的分布规律，为采空区瓦斯治理及工作面瓦斯治理提供了可靠的理论依据。
关键词：采空区；瓦斯；层次分析法；迭代；数值模拟研究类型：应用研究Subject ：Numerical Simulation of Gas Migration Rule in Goaf Specialty ：Applied MathematicsName ：Li Shubing (Signature) ______________ Instructor ：Cao Genniu (Signature) ______________ABSTRACTThe long-term production proved that the prediction of migration rule of gas in mine prediction is an important and indispensable technology for mine's prevention and control link. mine gas is the main factors of insecurity in the process of coal production, Gas disaster is the major disaster of threat to China's mine safety production.so it is a necessary prerequisite to strengthen the governance of gas disaster for protecting the mine safety and efficient production and it is a significant impact to gas transport and distribution for mine design, construction and mining. With the increase in mining depth and production,gas potential impact will have more significant and the simulation results of the right or wrong, it will directly affect the technical and economic indicators of mine.Toward this end,we made a study of “Numerical Simulation of Gas Migration Rule in Goaf”.This article have goaf gas distribution data through the long-term experimental observations in the Chenjiashan Mine Goaf 416 face.First of all we analysis the gob gas mainly from the adjacent layer of the influx of gas and the coal seam gas emission and use AHP to analysis the factors affecting goaf gas migration，and found oxygen gas in goaf is the most important factor to affect the gas transport Second, we use the iterative method in mathematics to improve the nonlinear flow equations in goaf and carved out the different flow pattern of regional.Finally,we establish Merry mathematical model of flow field equations in the goaf and the roadway based on the study of summarizing the current characteristics of goaf gas migration, migration laws of prediction and numerical simulation. This article use FLUENT software for numerical simulation in order to display goaf gas flow distribution in graphical. Provides a reliable theoretical basis for gas governance and management.Keywords:Goaf Gas Analytic Hierarchy Process Iteration Numerical Simulation Thesis : Application Research1 绪论1.1 选题背景煤炭是我国一次能源的主体，煤炭工业承载着经济发展、社会进步和民族振兴的历史重任，是现代工业的血液，同时煤矿安全工作是全国工业安全工作的重中之重。
采空区瓦斯流动分布规律研究报告
基于采空区的瓦斯流动分布规律研究摘要：近年来,随着我国煤矿开采深度的增加、煤与瓦斯突出事故的增多,让我们更加重视对采空区瓦斯运移规律的研究。
回风隅角瓦斯超限现象在我国众多高瓦斯矿井中普遍存在,是影响矿井持续、稳定和安全生产的重要原因和事故隐患。
为了探讨上隅角瓦斯聚积的根本原因,根据渗流理论，对采空区顶板裂隙变化及瓦斯流动规律进行了理论分析和数值模拟,通过建立采空区瓦斯渗流和分布的数学模型,定出边界条件,对采空区瓦斯流动分布规律进行研究,为分析上隅角瓦斯浓度分布和预测上隅角瓦斯浓度提供了理论依据,对上隅角瓦斯的防治和煤与瓦斯突出预测具有实际意义。
关键词：采空区、瓦斯运移规律、上隅角、渗流理论、数值模拟0 引言煤炭行业是支撑我国国民经济发展的重要基础工业，经过几十年的发展，已经有了雄厚的基础。
据专家预测，在我国未来一次能源消费中，煤炭仍将占主导地位，即使到2050年，煤炭在我国一次能源消费结构中的比例也不会低于35%，届时，煤炭消费量仍将达到20多亿吨。
因此，煤炭在国民经济和社会发展中仍将占重要地位，煤炭工业仍将是21世纪我国能源工业的主力军。
在这个大的背景下，煤炭产量的不断提高已经成为不可逆转的大趋势，近年来综合机械化采煤设备得到了大力推广，高产高效矿井逐年增多，煤炭行业的整体形势有了很大的改观。
为保证国民经济和煤炭工业持续、稳定、健康发展，建设高产高效矿井，提高采掘机械化水平，是我国煤矿发展的必由之路。
随着煤炭科学技术的发展，高产高效矿井数量大大增加，部分矿井经过技术改造，通过进行综合机械化装备，矿井的年产量有了很大的提高。
由于综合机械化采煤开采强度比较大、生产集中、推进速度快，造成采空区涌出空间比较大，而上隅角瓦斯主要来源于采空区,并由经漏入采空区的微弱风流带入回采工作面。
在回采工作面与回风巷交界处形成高浓度瓦斯积聚的区域,即上隅角瓦斯积聚区。
所以通过对采空区瓦斯运移规律的研究，使得采空区瓦斯得到有效的治理，从而解决上隅角瓦斯超限等问题，以充分发挥综合机械化采煤的优势，实现真正意义上的高产高效。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
# # <& ! # # 0 # # )# [ (! ] <4 0" ( ) ( ) #& (2 (12 $#* #,
( (
（00） 在条件（(）下，利用（1）式得：
( 0
# #
&" !4 0 5
1 (
（0(）
,
(
(
(
（04）
) ]
第#期
张东明，等：煤矿采空区瓦斯流动分布规律分析
8%
(
$ $) $ $ # " $ ]" $ ## (" ) ( ) %% $ [" " !" !%" # & ’ " "
" ! ’ / &! "。 ( !"! 对于大雷诺数 "# 多孔介质的流体流动， *+,-. !+/ 于 0123 年提出了各向异性多孔介质中矢量形式
的三维非线性渗流方程： " ! ! " （(） ’ / # ! 00 " ・ " 1 ( ! — —多孔介质孔隙度， — —介质颗粒形状 式中： 1 — "— 系数： 根据假设（0） ，渗透率 ’ 由二阶张量蜕化成标 " 量系数 2 ， / & ) & ，于是方程（(）变为 $ ! ! 3 # ! " 0 " "! (! (2 (12 ) （4）
! !
$ ・" % $ #" $ ・" % $ ] "&"’ $ $ # " $ ] [" ## (" ) ( ) & & ’ ’ ! [" " " " " !" !%" # & ’ " "
! !
!
（#$） -# & ’! ’ ’% -! & ’% ’ ’# -% & ’# ’ ’! .# & &% ’ &! .! & &# ’ &% .% & &! ’ &#
2 $
!"
" 3 " ! 3 3 " ! 3
" $ " % $ #" $ ・" % $ " & " ’ （ 3 ( #， !， %） "’ "’
]
$ " )’ " )
&!
"*
" 0
将全部有限元合成到方程： ［ /］ ｛ $ ｝( ｛1 ｝ 式中： ［ / ］— — — 4 + 4 阶矩阵； — —节点个数； 4— ｛ — —节点 $ 值构成的列向量； $ ｝— — —有限元个数； 5—
* ,
( # # "1!4 0 5 0 ( ( # # <& ! "! # # 0 # # # (2 0 (12 <4 #& #* #, 由 =+>#?@78 方法可以导出函数微分方程（04）的 =+>#?@78 积分表达式：
! （3） 0" " " (! (2 (12 ) 于是二维平面非线性渗流的求解问题，归结为求具 & ! 有下述边值条件的流函数微分方程问题： （2） $ # # ( ! 0 " ") " (2 (12 #, # ! "! # $ # ! "! # # 6 # 0 # # )# # # 0 # # )# ] [ ( 0 (# ) ( ) ( ) ( ) #* [ ( (2 0 (12 $ * , ,] # # # * , (2 (12 * , $ # # # #
"
（#*）
计算取 $ & -.-#$ /，另外 % & # ’
# ；依照采空区各 89 处矸石冒落情况和顶板下沉情况，求得碎胀系数 89
（ & ， ’ ）后，再 求 得 " ； ! & ,.8# / 1 2，" & #$.* + #- ’ * /! 1 2， # & #.)。本计算中 89 （ & ， ’ ）参照图得 到其取值。对应于 89 & #.)8，#.!)，#.%(，#.##，则 " & -.--$%)， -.---$， -.--#%， -.----#。 依 据 计 算 值，对采空区流场进行雷诺数检验。其结果是：最 大雷诺数 :" /49 & !*)，属紊流状态；在压实区雷诺 数 :" /49& -.-%$，属层流状态；在采空区靠工作面 后一定范围内，雷诺数 :" /49 & -.)* 0 !#，属过渡流 与紊流状态。
(
!"$ 根据我国各煤矿工作面的冒落高度与采空区长 度、宽度相比较小；同时层间漏风较小（ 5 06 !4 $ ，可以将采空区瓦斯运动视为二维平面渗流。 !78） 于是上式可以变为： & & $ # ) 0# + # #* #, 即： & $# # #*
*
(
! 0 " " （ " ) 0 " + ）（9） ) (! (2 (12 )
!
研究中所采用的基本假设
上隅角瓦斯来源于采空区，采空区内瓦斯是在
多种气体混合、复杂条件空间内运移的。瓦斯的运 移和分布受多种因素的制约和影响。正由于井下条 件的复杂性和多变性，所以要从宏观和空间的角度 来理解 采 空 区 基 本 参 数 和 H106I 定 律、 J*6K 定 律。 从总体和平均的意义上来看待和分析处理采空区内 瓦斯遵循的运动规律。通过以下几点简化，能更好 地抽象出研究对象，明确研究目标，深化研究的内 容。 （!）非均质和各向同性假设； （#）气体为不可压缩理想气体。
收稿日期：#$$#@!!@#!；修回日期：#$$#@!#@#"
（!）
;(
中国地质灾害与防治学报 ABCDEEFC GHABHAIHBIH JF KIDEABH LFM*IC
(664 年
! —平均调和粒径，! !"# 对于在层流状态下，即 "# 很小时，多孔介质 内流体流动遵从达西定律； ! " #$ % &
&!
式中：!— — —采空区二维平面域， — —给出压头 * 分布的采空区边界。 &! — !"# 利用有限元方法，把整个二维平面域 ! 划分 成若干三角有限元，在每一个有限元 ! 中都满足方 程（#$） ，借助于有限元插值函数： " " " …… % ( #， !， %， $ ( ’% $% 式中： # " !， % $ % ( ! +（ ,) # -)& # .)’ ） ) ( #， " 式中： /" %0 ( 1" 0 (
（1）
)
# 0 ! # 0 # # )# [ (! ] 0" (# ) (# (2 (12 $ , ) #* #* # ! "! # # 6 # 0 # # )# [ ] (# ) (# #, ( (2 0 (12 $ , ) #, #*
( (
（06） （06）即为二维平面问题非线性渗流函数微分方程。 !"& 对于实际采空区渗流问题，一般给出 4 个边界 条件： （0）边界的压头 & 分布（实测得出的工作面 的压力分布） ； （(）边界上的速度分布或局部边界节 点的风速（局部漏风处） ； （4）边界上的 # 值（在 相联的不透风边界上具有相同的 # 值） 。 在条件（0）下，利用（4）式和（1）式整理计 ! 算可得二维平面情况下且当! 1% 4 时，
煤矿瓦斯是煤矿生产过程中可能引起严重灾害 的一种气体。加强对瓦斯灾害的治理是保障矿井安 全、高效生产的必要前提。在生产过程中，采空区 及其上隅角是瓦斯积聚的高发区。煤体逸出的瓦斯 和浮煤析出的瓦斯，导致工作面和上隅角瓦斯浓度 超过安全控制限。由于开采水平的延深、开采强度 的加大，煤层的瓦斯含量增大，回采工作面的瓦斯 涌出也相应增大。回采工作面和采空区内瓦斯特别 是上隅角瓦斯的问题日益突出。 据统计，我国国有重点煤矿属高瓦斯矿井、煤 与瓦斯突出矿井达 %$$ 多个。其中 !%$ 多个回采工 作面的上隅角存在着不同程度的瓦斯积聚和超限问 题。矿井瓦斯不仅严重地威胁着安全生产，而且极 大地制约着煤炭产量的大幅度提高。回采工作面上 隅角瓦斯积聚是治理采场瓦斯灾害中经常出现而又 难以处理的问题。 上隅角瓦斯主要来源于采空区，并由经漏入采 空区的微弱风流带入回采工作面。在回采工作面与 回风巷交界处形成一片高浓度瓦斯积聚的区域，即 上隅角瓦斯积聚区。 本文试对采空区瓦斯分布规律进行理论分析。 根据得到的瓦斯分布规律，就可以确定出上隅角瓦 斯积聚及瓦斯分布规律及瓦斯流场，导出上隅角瓦 斯超限和积聚的原因。为研究分析处理上隅角瓦斯 积聚的方法，为较好解决上隅角瓦斯积聚提供理论 依据。
式（3）两边对 , 求偏导，式（2）对 * 求偏导后两 式相减即可得下式： # #* ! ! 0" " " $ # ! 0" " " # 6 [ (! (2 (12 ) ] #, [ ( (2 (12 ) ]
, *
! 式中： " —渗流速度，! $ %； & —压头，!；
’( ! —哈密顿算子， &" ) # ’" + # ’" -# #* #, #. ( ’ —渗透率，二阶张量，! ； " 由于" / & ) &， / 为压力坡度，所以上式变为 % —渗流系数，二阶张量，! $ %； % & !